(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用周波数の電力を電力変換装置で可変周波数の交流電力に変換し同期電動機を駆動制御してエレベータを運転するエレベータ制御装置において、前記同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する電流周波数異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置および前記電流周波数異常検出装置の双方が異常を検出したときに保護動作信号を出力してエレベータの走行を停止する保護動作装置とを備えたことを特徴とするエレベータ制御装置。
【請求項２】
前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
【請求項３】
前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子を駆動するＰＷＭ制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
【請求項４】
前記電流周波数異常検出装置に代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子の温度異常を検出する温度異常検出装置を設け、前記温度異常検出装置は、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定することを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変周波数の交流電力にて同期電動機で駆動制御しエレベータを運転制御するエレベータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、同期電動機は誘導電動機に比べ、同じ出力に対し小型に製作できるので、近年エレベータシステムの駆動部に使われつつある。そして、この同期電動機は電力変換装置のインバータ回路から供給される可変電圧可変周波数の交流電源で駆動される。
【０００３】
図８は、従来のエレベータ制御装置の構成図である。商用電源１である三相交流はコンバータ回路２により直流に変換され、平滑コンデンサ３によりリップル分が除去される。インバータ回路４はコンバータ回路２で得られた直流を可変周波数交流電源に変換するものであり、ＩＧＢＴ等の半導体素子から構成される。
【０００４】
インバータ回路４からの可変周波数交流電源は、エレベータを駆動する同期電動機５の電源として入力され、これによりエレベータは運転制御される。同期電動機の回転数はエレベータの速度として速度検出装置６で検出され、演算制御装置７に入力される。また、演算制御装置７には、モータ電流検出装置８で検出されたインバータ回路４の出力電流が入力される。
【０００５】
演算制御装置７は、これらのモータ電流および速度信号さらには同期電動機５のトルク指令値に基づいて、駆動回路９を介して電力変換装置のインバータ回路４の各々の半導体素子に対してＰＷＭ制御を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなエレベータ制御装置では、同期電動機５が何らかの原因で脱調してしまった場合には、低周波数もしくは直流の電流が同期電動機５に供給されることになる。インバータ回路４を構成している半導体素子は、定格電流内の使用であっても連続しての低周波数もしくは直流の通電があると、半導体素子内部の温度が熱暴走して破損することがある。また、同期電動機が破損することもある。
【０００７】
本発明の目的は、同期電動機が脱調した場合にも、インバータ回路もしくは同期電動機が破損することない信頼性向上を図ったエレベータ制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わるエレベータ制御装置は、商用周波数の電力を電力変換装置で可変周波数の交流電力に変換し同期電動機を駆動制御してエレベータを運転するエレベータ制御装置において、前記同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する電流周波数異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置および前記電流周波数異常検出装置の双方が異常を検出したときに保護動作信号を出力してエレベータの走行を停止する保護動作装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、電流周波数異常検出装置は電力変換装置から同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。保護動作装置は、トルク指令値異常検出装置および電流周波数異常検出装置の双方が異常を検出したときに保護動作信号を出力してエレベータの走行を停止する。
【００１０】
請求項２の発明に係わるエレベータ制御装置は、請求項１の発明において、前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、電流周波数異常検出装置は電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【００１２】
請求項３の発明に係わるエレベータ制御装置は、請求項１の発明において、前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子を駆動するＰＷＭ制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、電流周波数異常検出装置は電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子を駆動するＰＷＭ制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【００１４】
請求項４の発明に係わるエレベータ制御装置は、請求項１の発明において、前記電流周波数異常検出装置に代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子の温度異常を検出する温度異常検出装置を設け、前記温度異常検出装置は、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、温度異常検出装置は電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。商用電源１は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの三相交流であり、この三相交流はコンバータ回路２により直流に変換される。平滑コンデンサ３はコンバータ回路２で整流された直流からリップル分を除去するものである。インバータ回路４は、半導体素子で構成されコンバータ回路２で得られた直流を可変周波数交流電源に変換する。
【００１７】
インバータ回路４からの可変周波数交流電源は、エレベータを駆動する同期電動機５に入力され、周波数を可変制御することによりエレベータの速度制御し、またトルク制御を行う。同期電動機の回転数はエレベータの速度として速度検出装置６で検出され、演算制御装置７の電力変換制御装置１０に入力される。また、演算制御装置７には、モータ電流検出装置８で検出されたインバータ回路４の出力電流（モータ電流）が入力され、Ａ／Ｄ変換装置１１および電力変換制御装置１０に入力される。
【００１８】
電力変換制御装置１０は、モータ電流検出装置８で検出されたモータ電流および速度検出装置６で検出された速度信号さらには同期電動機５のトルク指令値１２に基づいて、駆動回路９を介して電力変換装置のインバータ回路４の各々の半導体素子に対してＰＷＭ制御を行う。
【００１９】
モータ電流検出装置８で検出された同期電動機５への供給電流はＡ／Ｄ変換装置１１でＡ／Ｄ変換され、電流周波数異常検出装置１３に入力される。電流周波数異常検出装置１３は、モータ電流検出装置８で検出された電流の周波数が所定の範囲を逸脱したか否かを判定する。すなわち、Ａ／Ｄ変換装置１１の出力により、同期電動機５へ供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは、低周波数もしくは直流の電流であるので異常と判定する。
【００２０】
一方、トルク指令値異常検出装置１４は同期電動機５へのトルク指令値１２を入力し、そのトルク指令値１２が所定の範囲を逸脱したか否かを判定し、トルク指令値１２が所定の範囲を逸脱したときは異常と判定する。トルク指令値１２の異常検出するレベルとしては、同期電動機５へ供給される電流が低周波数もしくは直流となった場合にインバータ回路４が破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する。
【００２１】
トルク指令値異常検出装置１４の異常判定信号および電流周波数異常検出装置１３の異常判定信号はＡＮＤ回路１５に入力され、これらの双方が異常を検出したときに保護動作装置１６が起動される。保護動作装置１６はトルク指令値異常検出装置１４が異常を検出しかつ電流周波数異常検出装置１３が異常を検出したときに保護動作信号を出力し、電力変換制御装置１０のＰＷＭ制御を停止してエレベータを停止させる。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施の形態による電流周波数の異常検出する場合の説明図である。モータ電流検出装置８から出力されるアナログ電流波形はＡ／Ｄ変換装置１１によりデジタル値に変換される。
【００２３】
例えば、図２（ａ）に示すように電流波形が正弦波の場合は、極性「＋」の期間において、図２（ａ）では「０〜１」の期間において、Ａ／Ｄ変換装置１１により「Ｂ〜Ｃ」の値になり、一方、極性「−」の期間においては、図２では「１〜２」の期間においては、Ａ／Ｄ変換装置１１により「Ａ〜Ｂ」の値になる。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示すように電流波形が直流である場合には、Ａ／Ｄ変換装置１１により「Ｂ〜Ｃ」の値が継続する。
【００２５】
低周波数もしくは直流がモータ電流検出装置８から出力されると、Ａ／Ｄ変換装置１１により、「Ａ〜Ｂ」の範囲内もしくは「Ｂ〜Ｃ」の範囲内の値が出力される。インバータ装置１４ａが破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する所定期間「Ａ〜Ｂ」もしくは「Ｂ〜Ｃ」の範囲内の値が継続した場合は、電流周波数異常検出装置１３は電流周波数の異常として出力する。
【００２６】
保護動作装置１６はトルク指令値異常検出装置１４が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置１３が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置１０に出力し、ＰＷＭ制御を停止する。
【００２７】
すなわち、トルク指令値１２が異常であり、かつ低周波数もしくは直流の電流が流れると、インバータ回路４が破損する恐れがあるため、保護動作信号によりＰＷＭ制御を停止してインバータ回路４の保護動作をする。
【００２８】
この第１の実施の形態によれば、電力変換装置のインバータ回路４に低周波数もしくは直流の電流が通常のエレベータ運転では流れないようなレベルで流れたときに、インバータ回路の破損が発生する前に保護を動作させＰＷＭ制御を停止させる。従って、インバータ回路４および同期電動機５の保護が図れる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、半導体素子通電電流検出装置１７を設け、電流周波数異常検出装置１３は、電力変換装置から同期電動機５に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、電力変換装置のインバータ回路４を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定するようにしたものである。その他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００３０】
半導体素子通電電流検出装置１７は、インバータ回路４を構成する各半導体素子に流れる電流を検出するために外部に取り付ける。もしくは、半導体素子内に内蔵して設けても良い。
【００３１】
インバータ回路４の各半導体素子に流れる電流は、半導体素子通電電流検出装置１７で検出され、演算制御装置７のＡ／Ｄ変換装置１１に入力される。Ａ／Ｄ変換装置１１でデジタル信号に変換された半導体素子に流れる電流は、電流周波数異常検出装置１３に入力され、ここで、半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化したか否かが判定され、半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定し異常判定信号をＡＮＤ回路１５に出力する。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図である。例えば、電流が半導体素子のトランジスタ部Ｔｒを流れる場合は極性「＋」となり、図２（ａ）に示すようにＡ／Ｄ変換装置１１により変換されたデジタル信号は「Ｂ〜Ｃ」の値になる。一方、半導体素子の還流ダイオード部Ｄを流れる場合は極性「−」となり、Ａ／Ｄ変換装置１１により変換されたデジタル信号は「Ａ〜Ｂ」の値になる。
【００３３】
低周波数もしくは直流が同期電動機５に供給されると、ある特定の半導体素子の電流は、「Ｂ〜Ｃ」または「Ａ〜Ｂ」の範囲内の値が連続して出力される。
【００３４】
インバータ回路４が破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する所定期間に「Ｂ〜Ｃ」または「Ａ〜Ｂ」の範囲内の値が継続した場合は、電流周波数異常検出装置１３は電流周波数の異常として出力する。
【００３５】
保護動作装置１６はトルク指令値異常検出装置１４が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置１３が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置１０に出力し、ＰＷＭ制御を停止し、インバータ回路４の保護動作をする。
【００３６】
第２の実施の形態よれば、低周波数もしくは直流の電流の判別を、インバータ回路４を構成する各半導体素子に流れる電流を検出する半導体素子通電電流検出装置１７の出力により判別するので、低周波数もしくは直流の電流が同期電動機に供給されることを早期に検出できる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図５は本発明の第３の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、Ａ／Ｄ変換装置１１に代えてパルス幅検出装置１８を設け、電流周波数異常検出装置１３は、電力変換装置から同期電動機５に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、電力変換装置のインバータ回路４を構成する各々の半導体素子を駆動するＰＷＭ制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定するようにしたものである。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
パルス幅検出装置１８は、電力変換制御装置１０から出力されるインバータ回路４の各半導体素子を駆動するＰＷＭ制御信号のパルス幅を検出し、そのパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【００３９】
電流周波数異常検出装置１３は、パルス幅検出装置１８で検出されたパルス幅が所定時間一定であったか否かを判定する。そして、パルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【００４０】
図６は、本発明の第３の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図である。直流通電が行われる時はＰＷＭ制御により半導体素子を駆動するパルス幅は一定となる。よって、インバータ回路４が破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する所定期間Ｔの各パルスｎ、ｎ−１、ｎ−２、ｎ−３…の幅ｔｎ、ｔｎ−１、ｔｎ−２、ｔｎ−３…をパルス幅検出装置１８により検出し、各パルス幅が等しいときに直流が流れたと判定し、電流周波数異常検出装置１３は電流周波数の異常として出力する。
【００４１】
保護動作装置１６はトルク指令値異常検出装置１４が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置１３が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置１０に出力し、ＰＷＭ制御を停止し、インバータ回路４の保護動作をする。
【００４２】
第３の実施の形態によれば、直流電流の判別はＰＷＭ制御信号のパルス幅で判別するので、同期電動機５が脱調したことを早期に検出でき保護動作を速やかに行うことができる。
【００４３】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図７は本発明の第４の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。この第４の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、Ａ／Ｄ変換装置１１に代えて温度検出装置１９を設け、電流周波数異常検出装置１３に代えて温度異常検出装置２０を設けたものである。
【００４４】
温度検出装置１９は、電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した双方の温度を検出する。そして、温度異常検出装置２０は、一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定する。
【００４５】
すなわち、低周波数もしくは直流の電流が流れているときは、アーム上下の半導体素子の内どちらかの半導体素子内部のジャンクション部温度が短時間に急上昇する。そこで、温度検出装置１９は、インバータ回路４のアーム上下半導体素子内部のジャンクション部温度を検出する。
【００４６】
温度異常検出装置２０では、アームの上下の半導体素子の温度を比較して、所定の時間内に所定の温度上昇範囲を逸脱したか否かを判定し、検出温度差が所定の温度を逸脱した場合に異常と判定する。
【００４７】
保護動作装置１６はトルク指令値異常検出装置１４が異常を検出し、かつ温度異常検出装置２０が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置１０に出力し、ＰＷＭ制御を停止し、インバータ回路４の保護動作をする。
【００４８】
第４の実施の形態によれば、低周波数もしくは直流の電流の判別は、インバータ回路４を構成する半導体素子の内部温度を検出する温度検出装置１９の出力で行うので、インバータ回路４の適切な保護が可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、同期電動機が脱調により、低周波数もしくは直流の電流が同期電動機に供給されることになっても、保護動作によりインバータ回路もしくは同期電動機が破損することない。従って、信頼性の向上を図ったエレベータ制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による電流周波数の異常検出する場合の説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図。
【図４】本発明の第２の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図
【図８】従来のエレベータ制御装置の構成図。
【符号の説明】
１…商用電源、２…コンバータ回路、３…平滑コンデンサ、４…インバータ回路、５…同期電動機、６…速度検出装置、７…演算制御装置、８…モータ電流検出装置、９…駆動回路、１０…電力変換制御装置、１１…Ａ／Ｄ変換装置、１２…トルク指令値、１３…電流周波数異常検出装置、１４…トルク指令値異常検出装置、１５…ＡＮＤ回路、１６…保護動作装置、１７…半導体素子通電電流検出装置、１８…パルス幅検出装置、１９…温度検出装置、２０…温度異常検出装置
【図１】
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【図２】
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【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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