(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して第１及び第２の電源線を介して出力する順変換部と、
前記第１及び第２の電源線を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、エレベータのかごを上下駆動する交流電動機に供給する逆変換部と、
前記第１及び第２の電源線に接続された電源回生ユニットであって、前記第１及び第２の電源線間に介挿された平滑化コンデンサと、前記エレベータの回生運転時に発生する回生電力を前記第１及び第２の電源線を介して受け取り、交流電力に変換して前記電力系統側へ戻す回生コンバータを含む電源回生ユニットと、
前記第１及び第２の電源線間に、直列に介挿されるスイッチ及び抵抗と、
前記エレベータの回生運転時に前記平滑化コンデンサの極板間電圧が所定の閾値に達したことを検出して、前記スイッチをオフからオンに切り替えて通電させる制御部と、
を備えており、
前記所定の閾値は、前記エレベータの設置される施設に設けられており、前記電力系統から給電される前記エレベータ以外の負荷の消費電力に基づいて設定されることを特徴とするエレベータ制御装置。
【請求項２】
前記所定の閾値は、前記回生コンバータから前記電力系統側に戻される交流電力が、前記負荷の最小消費電力を超えないように設定される、請求項１に記載のエレベータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベータの回生運転時に、かごを上下駆動する交流電動機にて発生する回生電力を商用電力系統側に戻す制御を行うエレベータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータのかごを駆動する交流電動機を制御するエレベータ制御装置は、一般的に、電力会社が管理する商用の三相交流電力系統から共有される交流電力をダイオードブリッジなどの順変換部及び平滑化コンデンサ等を用いて直流電力に変換し、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子を用いた逆変換部におけるスイッチング制御によりその直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給する。この種のエレベータ制御装置によれば、逆変換部におけるスイッチング周期を制御することにより交流電動機に供給する交流電力の周波数等を制御することができ、これにより交流電動機の可変速制御が実現される。
【０００３】
かごと巻上ロープを介してかごに繋がれた釣合い錘のうち重量が大きい方が上昇している場合、エレベータは力行運転状態になっており、逆変換部からの交流電力は交流電動機で消費される。重量が大きい方が下降している場合には、エレベータは回生運転状態になっており、交流電動機は発電機として作用して回生電力を発生させる。例えば、特開２０１３−１４３８３０号公報に開示されているエレベータ制御装置では、このような回生電力は、順変換部と逆変換部を繋ぐ直流母線間に設けられた回生抵抗によって消費される。
【０００４】
一方、省エネルギーの観点から、回生電力を回生抵抗によって消費するのではなく、回生コンバータを介して電力系統側へ戻す制御を行うエレベータ制御装置も広く使用されている。このようなエレベータ制御装置では、エレベータが設置されている施設や建物におけるエレベータ以外の負荷であって電力系統から給電される負荷（例えば、空調装置や照明装置）で、回生電力が消費されることで、電力の有効活用が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４３８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回生コンバータを用いたエレベータ制御装置は、エレベータ以外の負荷の消費電力が大きい、比較的大規模な施設(例えば、大規模なオフィスビル)にて使用されており、エレベータ以外の負荷の消費電力が小さい、比較的小規模な施設(例えば、アパートや小規模マンション)では、回生抵抗によって回生電力を消費するエレベータ制御装置が使用されているが、近年における省エネルギー化への関心の高まりから、小規模な施設においてもエレベータで発生する回生電力の有効活用が求められている。故に、小規模な施設においても回生コンバータを用いたエレベータ制御装置をエレベータの制御に使用することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、小規模な施設において回生コンバータを用いたエレベータ制御装置を使用する場合、施設に設けられたエレベータ以外の負荷では、回生コンバータから電力系統側へ戻された回生電力の全てを消費できず、その超過分が逆潮流となって電力系統へ流れ込む虞が生じる。このような逆潮流の発生は、電力会社による電力系統の管理に悪影響を及ぼすことから、回避又は抑制されなければならない。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、交流電動機で発生した回生電力が逆潮流となって商用交流電力系統へ流れ込むことを抑制することが可能な回生コンバータ付きエレベータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエレベータ制御装置は、商用交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して第１及び第２の電源線を介して出力する順変換部と、前記第１及び第２の電源線を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、エレベータのかごを上下駆動する交流電動機に供給する逆変換部と、前記第１及び第２の電源線に接続された電源回生ユニットであって、前記第１及び第２の電源線間に介挿された平滑化コンデンサと、前記エレベータの回生運転時に発生する回生電力を前記第１及び第２の電源線を介して受け取り、交流電力に変換して前記電力系統側へ戻す回生コンバータを含む電源回生ユニットと、前記第１及び第２の電源線間に、直列に介挿されるスイッチ及び抵抗と、前記エレベータの回生運転時に前記平滑化コンデンサの極板間電圧が所定の閾値に達したことを検出して、前記スイッチをオフからオンに切り替えて通電させる制御部と、を備えており、前記所定の閾値は、前記エレベータの設置される施設に設けられており、前記電力系統から給電される前記エレベータ以外の負荷の消費電力に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明のエレベータ制御装置では、前記所定の閾値は、前記回生コンバータから前記電力系統側に戻される交流電力が、前記負荷の最小消費電力を超えないように設定されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエレベータ制御装置を用いて、アパートなどの小規模な施設に設置されるエレベータの交流電動機の電力制御を行い、当該エレベータの設置される施設におけるエレベータ以外の負荷の消費電力の大きさに応じて上記の閾値電圧を定めておけば、回生電力が逆潮流となって電力会社の電力系統に流れ込むことを回避又は抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態であるエレベータ制御装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態であるエレベータ制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態のエレベータ制御装置１の概要を示す説明図である。エレベータ制御装置１は、アパートなどの比較的小規模な施設（又は建物)に設置されるエレベータの駆動源となる交流電動機２の可変速制御を行う装置である。一端側にエレベータのかご３が、他端側に釣合い錘４が取り付けられた巻上ロープ５が掛けられているシーブ６が、交流電動機２によって回転駆動されることで、かご３が上下に移動する。
【００１４】
交流電動機２を動作させるのに要する電力は、電力会社が管理する商用の三相交流電力系統７から供給される。電力系統７には、エレベータが設置されている施設に設けられているエレベータ以外の負荷（例えば、空調装置や照明装置）も接続されており、これら負荷は、電力系統７から給電される。図１では、施設におけるエレベータ以外の負荷を纏めて負荷８として示している。
【００１５】
図１に示すように、エレベータ制御装置１は、順変換部１０、平滑化コンデンサ２０Ａ、逆変換部３０、制御部４０、電源回生ユニット５０、電圧検出器６０、スイッチ７０、及び抵抗８０を含んでいる。
【００１６】
順変換部１０は、電力系統７から供給される交流電力を直流電力に変換し、高電位側電源線（以下、第１の電源線）Ｌ１及び低電位側電源線（以下、第２の電源線）Ｌ２を介して逆変換部３０に与える。図１では詳細な図示を省略したが第２の電源線Ｌ２は接地されている。順変換部１０は、例えばダイオードブリッジを用いて構成されている。
【００１７】
平滑化コンデンサ２０Ａは、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２の間に介挿されている。平滑化コンデンサ２０Ａは、順変換部１０より出力される直流電力の脈動分を平滑化するためのものである。
【００１８】
逆変換部３０は、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２を介して与えられる直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機２に与える。逆変換部３０は、例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子とダイオードの並列回路をブリッジ接続した回路構成(図示省略)を有している。逆変換部３０の具体的な回路構成は、公知のエレベータ制御装置におけるものと特段に変わるところはないため、詳細な説明は省略する。
【００１９】
制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、このＣＰＵに実行させる制御プログラムを記憶した不揮発性メモリと、この制御プログラムを実行する際にワークエリアとして使用される揮発性メモリと、制御プログラムの実行時に参照される各種設定値等を記憶した書換え可能な不揮発性メモリとを含んでいる（何れも図示省略）。上記制御プログラムに従って作動しているＣＰＵは、上位装置（例えば、エレベータ全体の制御を統括的に行うホストＣＰＵ）から与えられるトルク指令などの指令値に応じて、その指令値の示すトルクが出力されるように、逆変換部３０に含まれるスイッチング素子のオン/オフをＰＷＭ(パルス幅変調)方式で制御する。これにより、交流電動機２の可変速駆動制御が実現される。
【００２０】
かご３と釣合い錘４のうち重量が大きい方が上昇している場合、エレベータは力行運転状態になっており、逆変換部３０からの交流電力は交流電動機２で消費される。かご３と釣合い錘４のうち重量が大きい方が下降している場合、エレベータは回生運転状態になっており、交流電動機２は発電機として作用して回生電力を発生させる。なお、当然のことながら、乗客の人数に応じてかご３の重量は異なる。
【００２１】
電源回生ユニット５０は、回生運転状態にて交流電動機２において発生する誘導起電力を電力系統７側へ回生するためのものである。電源回生ユニット５０は、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２に接続されていると共に、図１に示すように、昇圧リアクトル６２、キャリアフィルタ６４、電磁開閉器６６、及び絶縁トランス６８を介して電力系統７に接続されている。
【００２２】
図１に示すように、電源回生ユニット５０は、平滑化コンデンサ２０Ｂと回生コンバータ５２とを含んでいる。回生コンバータ５２は、例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子とダイオードの並列回路をブリッジ接続した回路構成(図示省略)を有している。回生コンバータ５２を構成する各スイッチング素子のオン／オフは、制御部４０によってＰＷＭ方式で行われる。回生コンバータ５２の具体的な回路構成は、公知のエレベータ制御装置におけるものと特段に変わるところはないため、詳細な説明は省略する。
【００２３】
エレベータが回生運転状態となると、交流電動機２で発生した誘導起電力が平滑化コンデンサ２０Ｂの両端に流れ込む。平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧は、電圧検出器６０によって検出されて、その値が制御部４０に送られる。制御部４０は、例えば、平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧が、力行運転状態における値から上昇したことを検知すると、エレベータが回生運転状態にあると判断して、回生コンバータ５２を構成する各スイッチング素子のオン／オフをＰＭＷ方式で制御して、回生電力を交流に変換する。回生コンバータ５２で交流に変換された回生電力は、電力系統７側に送られる。
【００２４】
スイッチ７０及び抵抗８０は、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２の間に、直列に介挿されている。本実施形態のスイッチ７０は例えばＩＧＢＴであり、そのゲートは制御部４０のＣＰＵに接続されている。つまり、本実施形態では、制御部４０のＣＰＵによってスイッチ７０のオン／オフ制御が行われる。
【００２５】
図２は、制御部４０のＣＰＵが、本発明に係る制御プログラムに従って実行する処理の流れを示すフローチャートである。制御部４０のＣＰＵは、例えば、エレベータ制御装置１への電力供給開始を契機として、当該制御プログラムを不揮発性メモリから揮発性メモリへ読み出し、その実行を開始する。
【００２６】
まず、制御部４０のＣＰＵは、上位装置から与えられた指令値に応じて逆変換部３０の制御を開始する(ステップＳ１１０)。例えば、上位装置から与えられた指令値が交流電動機２の出力トルクを指定するトルク指令であれば、ＣＰＵは、その出力トルクを実現する交流電力が供給されるように、逆変換部３０に含まれる各スイッチング素子のスイッチング制御を行う。また、上位装置から与えられた指令値が交流電動機２に与える電流の電流値を指定する電流指令或いは交流電動機２に印加する電圧を指定する電圧指令であれば、ＣＰＵは、それら電流指令の示す電流値或いは電圧指令の示す電圧の交流電力が供給されるように、逆変換部３０に含まれる各スイッチング素子のスイッチング制御を行う。なお、交流電動機２の駆動制御の開始に先立って電源回生ユニット５０の回生コンバータ５２は停止状態にされている。また、スイッチ７０もオフ状態にされており、通電していない。
【００２７】
ステップＳ１１０に後続するステップＳ１２０では、制御部４０のＣＰＵは、エレベータが回生運転状態であるか否かを判定する。電源回生ユニット５０の平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧について電圧検出器６０によって検出された値が、所定の電圧値、例えば、力行運転状態における電圧値を超えている場合、ＣＰＵは、エレベータが回生運転状態にあると判定する。なお、上位装置から与えられた制御部４０に与えられた指令値、交流電動機２について計測された出力トルクや回転速度の値、かご３内の乗客等の重量を測定する重量センサの計測値などに基づいて、ＣＰＵは、エレベータが回生運転状態であるか否かを判定してもよい。
【００２８】
ステップＳ１２０にて、エレベータが回生運転状態であると判定された場合、制御部４０のＣＰＵは、電源回生ユニット５０の回生コンバータ５２を駆動する(ステップＳ１３０)。交流電動機２で発生し、平滑化コンデンサ２０Ｂの両端に流れ込んだ回生電力は、回生コンバータ５２で交流に変換されて、電力系統７側に戻される。電力系統７側に戻された回生電力は、エレベータが設置されている施設に設けられているエレベータ以外の負荷８で消費される。なお、回生コンバータ５２が既に駆動されている場合、ＣＰＵは、ステップＳ１３０にて、回生コンバータ５２の駆動状態を維持する。
【００２９】
ステップＳ１２０にてエレベータが回生運転状態ではない、即ち力行運転状態にあると判定された場合、制御部４０のＣＰＵは、電源回生ユニット５０の回生コンバータ５２を停止する(ステップＳ１４０)。なお、回生コンバータ５２が既に停止状態である場合、ＣＰＵは、ステップＳ１４０にて、回生コンバータ５２の停止状態を維持する。
【００３０】
ステップＳ１３０の後、制御部４０のＣＰＵは、電源回生ユニット５０の平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧について電圧検出器６０によって検出された値が、所定の閾値電圧以上か否かを判定する(ステップＳ１５０）。この閾値電圧の値は、エレベータが回生運転状態であるか否かを判定する際に参照される上記の所定の電圧値よりも大きい。
【００３１】
ステップＳ１５０にて、電圧検出器６０によって検出された値が、所定の閾値電圧以上であると判定された場合、制御部４０のＣＰＵは、スイッチ７０をオフ状態からオン状態に切り替えて通電させる(ステップＳ１６０)。スイッチ７０がオンに切り替えられると、第１の電源線Ｌ１→スイッチ７０→抵抗８０→第２の電源線Ｌ２という電流経路が形成されて、この電流経路に沿って電流が流れることにより、回生電力の一部は抵抗８０においてジュール熱に変換されて消費される。
【００３２】
上記閾値電圧は、エレベータが設置されている施設におけるエレベータ以外の負荷８の消費電力の大きさに基づいて決定される。負荷８の消費電力に応じた大きさの回生電力が電力系統７側に戻されることで、電力系統７への逆潮流が適切に抑制される。閾値電圧を示す閾値電圧データは、制御部４０の書換え可能な不揮発性メモリに記憶されており、エレベータが設置される施設のエレベータ以外の負荷８の消費電力に応じて適宜設定される。
【００３３】
回生コンバータ５２で交流に変換されて、電力系統７側に戻される回生電力が負荷８の最小消費電力を超えないように閾値電圧が設定されることで、交流電動機２で発生した回生電力のうち当該最小消費電力を上回る分が、抵抗８０において消費されてもよい。負荷８の消費電力は一定ではなく、例えば、エレベータが設置されている施設がアパートである場合、住居者が、掃除機や洗濯機などの家電機器を用いている状態と、冷蔵庫などの常時動作する機器のみが動作している状態(例えば、深夜)とでは、負荷８の消費電力は異なる。故に、電力系統７側に戻される回生電力が、負荷８の最小消費電力を超えないように設定されることで、電力系統７側に戻される回生電力が負荷８にて消費されることが保証されて、電力系統７への逆潮流がより確実に抑制される。
【００３４】
ステップＳ１６０の後、制御部４０のＣＰＵは、電源回生ユニット５０の平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧について電圧検出器６０によって検出された値が、閾値電圧未満である否かを判定する(ステップＳ１７０）。ステップＳ１７０にて、電圧検出器６０の電圧値が閾値電圧未満であると判定されると、ＣＰＵは、スイッチ７０をオン状態からオフ状態に切り替える(ステップＳ１８０)。これにより、回生電力は、抵抗８０において消費されることなく、電力系統７側に送られる。ステップＳ１８０の後、ＣＰＵは、ステップＳ１２０以降の処理を再度実行する。ステップＳ１４０の後、及び、ステップＳ１５０にて、平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧が閾値電圧以上ではないと判定された場合についても同様である。
【００３５】
以上に説明したように、本実施形態によれば、アパートなどの小規模施設にて、エレベータの駆動制御に回生コンバータ５２を備えたエレベータ制御装置１を用いたとしても、回生コンバータ５２から電力系統７側に戻される回生電力が逆潮流となって商用電力系統７に流れ込むことが抑制されている。
【００３６】
上記実施形態では、アパートなどの小規模施設のエレベータの駆動制御への本発明の適用例を説明した。これは、小規模施設ではエレベータ以外の負荷８の消費電力が大規模施設に比較して小さく、エレベータの回生運転時に発生する回生電力を他の負荷８による電力消費によって賄いきれない虞が高いからである。しかしながら、本発明の適用対象は、小規模施設のエレベータの駆動制御を行うためのエレベータの駆動制御に限定されるものではなく、逆潮流が生じる虞があるならば、大規模施設のエレベータの駆動制御に本発明のエレベータ制御装置が適用されても良い。
【００３７】
上記実施形態では、閾値電圧を示す閾値電圧データは、制御部４０の書換え可能な不揮発性メモリに記憶されているが、エレベータが設置されている施設におけるエレベータ以外の負荷８の消費電力をリアルタイムで又は所定の周期で検出する電力計を設けて、当該電力計で検出された消費電力を踏まえて、閾値電圧データが適宜更新されてもよい。また、このような電力計から特定された、ある日の負荷８の最小消費電力に基づいて、次の日における閾値電圧データ又は閾値電圧が決定されてもよい。
【００３８】
アパートや小規模マンションなどの小規模な集合住宅のエレベータ制御に本発明が適用される場合には、エレベータを除いた、当該集合住宅の共用部分で常時給電されている設備（例えば、エントランスのオートロックシステム、防犯カメラ、ロビー階の電灯など）の消費電力の合計に基づいて、閾値電圧データ又は閾値電圧が決定されてもよい。また、このような集合住宅では、ロビー階以外の階に設置された電灯は夜間のみ点灯することが多く、共用部分の消費電力の合計が変動することから、閾値電圧データ又は閾値電圧は、昼間や夜間等の時間帯に応じて変更されてもよい。
【００３９】
上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１    エレベータ制御装置
２    交流電動機
３    かご
７    電力系統
８    負荷
１０  順変換部
２０Ａ、２０Ｂ  平滑化コンデンサ
３０  逆変換部
４０  制御部
５０  電源回生ユニット
５２  回生コンバータ
６０  電圧検出器
７０  スイッチ
８０  抵抗
【図１】
0006303965.tif 000002
【図２】
0006303965.tif 000003