JP4428049B2 - Backup method and apparatus for DC power supply for inverter in elevator - Google Patents
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Description
本発明は、電圧形インバータによって電動機を駆動するエレベータ制御装置に係わり、特に停電時のインバータ用動力電源として備えられる非常用動力装置の制御方法と制御装置に関するものである。 The present invention relates to an elevator control device that drives an electric motor by a voltage source inverter, and more particularly to a control method and a control device for an emergency power device that is provided as a power source for an inverter during a power failure.
図7はエレベータ制御装置の構成例である。このエレベータ制御装置は停電時にインバータに対して直流電力を供給するための非常電力装置を備えている。非常電力装置の最もシンプルな構成としては、蓄電池をマグネットコンタクタスイッチを介してインバータ直流母線に接続するものがある。しかし、停電により非常電源用の蓄電池に切換期間中にエレベータ装置が停電となり、運転中のエレベータが停止する(連続的な運転の継続が不可)という欠点がある。
ところで、小中容量機種のエレベータ用インバータについては、モータからの回生エネルギーを放電抵抗を用いて熱的に消費させている。近年では、前記エネルギーの再利用問題が注目されている。この問題を解決する提案として特許文献1や非特許文献1が公知となっている。
FIG. 7 shows a configuration example of the elevator control device. The elevator control device includes an emergency power device for supplying DC power to the inverter during a power failure. The simplest configuration of an emergency power device is one that connects a storage battery to an inverter DC bus via a magnet contactor switch. However, there is a drawback in that the elevator apparatus becomes a power failure during the switching period to the storage battery for emergency power supply due to a power failure, and the operating elevator stops (continuous operation cannot be continued).
By the way, about the inverter for elevators of a small and medium capacity model, the regenerative energy from a motor is thermally consumed using a discharge resistance. In recent years, the energy recycling problem has attracted attention. As proposals for solving this problem,
特許文献1のものは、回生電力を非常電力装置に蓄えて再利用するというもので、この非常電力装置には昇降圧チョッパ回路を備えると共に、停電時のバックアップ電源としての機能だけでなく回生電力の蓄電機能が付加されている。そして、昇降圧チョッパ動作により、少ない電池個数にて非常用電力装置が構成できるようになっている。
The thing of
図8は、特許文献1のエレベータ制御装置の停電制御回路を示したものである。主回路構成として、交流電力を整流して直流電力に変換する整流器1と、直流電力を交流電源に変換するインバータ2間の直流母線に、DC−DC変換回路8を介して蓄電池Bを接続している。DC−DC変換回路8は、双方向性の昇降圧チョッパで構成され、蓄電池への充電と蓄電池からの放電が可能となっており、エレベータ運転時にモータ3から電力が回生されている場合、降圧チョッパ回路を動作させ蓄電池にエネルギーを蓄積させる。この蓄積された電力を停電時や入力電源低下時に放電させることによって蓄積エネルギーが再利用される。従来、中容量エレベータ機種では、モータからの回生エネルギーを回生放電用抵抗で全て熱消費させており、又、エレベータ運転の約半分は回生運転となることからかなりの省エネルギー効果を有している。
FIG. 8 shows a power failure control circuit of the elevator control device of
図8で示す装置では、充放電切換方法を次のように行っている。
インバータ2が無負荷状態にあるときの3相交流電源電圧から算出された直流母線電圧を基準として、現在の直流電圧が前記基準電圧よりも大きいか小さいかでモータ運転が駆動状態が、又は回生状態かを判別する。この判別結果をもとに充放電動作の切換えを行う。即ち、直流母線電圧が基準電圧よりも高いときには、降圧チョッパ回路を動作させて蓄電池を充電する。又、直流母線電圧が基準電圧よりも低いときには、昇圧チョッパ回路を動作させて蓄電池を放電させる。停電が発生すると主電解コンデンサCの蓄積エネルギーの減少とともに直流電圧が降下する。しかし、直流母線電圧が前記基準電圧より低いときには、DC−DC変換器8を介して蓄電池Bが放電されるので、停電時にも直流電圧低下故障等によりインバータ運転が停止することはない。
ここで、直流電圧の降下要因がモータの力行運転によるものか、又は、停電発生によるものどうかの判断は必要としないことも、停電時の電源バックアップ機能としてはメリットがある。
In the apparatus shown in FIG. 8, the charge / discharge switching method is performed as follows.
Based on the DC bus voltage calculated from the three-phase AC power supply voltage when the inverter 2 is in a no-load state, whether the current DC voltage is larger or smaller than the reference voltage, the motor operation is in a driving state or regenerative Determine if it is in a state. Based on the determination result, the charge / discharge operation is switched. That is, when the DC bus voltage is higher than the reference voltage, the step-down chopper circuit is operated to charge the storage battery. When the DC bus voltage is lower than the reference voltage, the boost chopper circuit is operated to discharge the storage battery. When a power failure occurs, the DC voltage drops as the stored energy of the main electrolytic capacitor C decreases. However, when the DC bus voltage is lower than the reference voltage, the storage battery B is discharged via the DC-DC converter 8, so that the inverter operation does not stop due to a DC voltage drop failure or the like even during a power failure.
Here, it is not necessary to determine whether the cause of the DC voltage drop is due to the power running operation of the motor or due to the occurrence of a power failure.
非特許文献1のものは図9のように構成され、非常電力装置の回路構成は特許文1の方法を採用しているが、インバータの回生電力を非常電力装置に蓄電するための充電制御方法、及び蓄電された電力をエレベータの通常運転時にもインバータに対して電力供給を行うための放電制御方法等について提案されている。
すなわち、この装置は、エレベータコントローラ7(又はインバータ)から運転に必要な電力量を算出して、昇降圧チョッパの充放電回路に対して電力指令を与えるものである。
That is, this apparatus calculates the amount of electric power necessary for operation from the elevator controller 7 (or inverter), and gives an electric power command to the charge / discharge circuit of the step-up / down chopper.
図8及び図9の方法では、蓄電池Bとインバータ2間ではDC−DC変換器8を介して頻繁に充放電が行われるので、停電発生時には常に蓄電池が満充電であるとは限らない。このために停電中のエレベータ運転が短時間しか行えない場合がある。 In the method of FIGS. 8 and 9, since charging / discharging is frequently performed between the storage battery B and the inverter 2 via the DC-DC converter 8, the storage battery is not always fully charged when a power failure occurs. For this reason, the elevator operation during a power failure may be performed only for a short time.
そこで、本発明が目的とするところは、停電時の長時間運転を確実に行うために、停電時のみインバータヘの電力供給を行い、商用受電のときに蓄電池充電を行う非常電力装置とその制御方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an emergency power device that supplies power to the inverter only during a power failure and charges a storage battery during commercial power reception in order to ensure long-time operation during a power failure and its control. It is to provide a method.
本発明の第1は、交流電源の電力を直流に変換する順変換器、変換された直流の母線間に接続された平滑用の電解コンデンサ、及び直流を可変周波数で可変交流電圧に変換してエレベータ用のモータに出力する逆変換部を有するインバータと、このインバータの直流母線間に接続された双方向性の昇降圧チョッパよりなるDCーDC変換器及びこの変換器を介して接続された蓄電池を備え、停電時に充放電制御回路の指令に基づいて蓄電池に蓄積された非常用電力を前記インバータを介してモータに供給するものにおいて、
前記停電を検出する手段は、前記交流電源の電圧低下と復電を監視する停電検出器と、直流母線電圧を導入して停電時における電力を演算する停電時電力演算器の2つの手段を設け、何れか一方の停電検出手段の停電判定に基づいて前記充放電制御回路を介してDC−DC変換器に対して放電開始用のゲート信号を出力し、且つ復電時には前記停電検出器の検出信号で充放電制御回路の放電動作の停止指令とすると共に、前記停電時電力演算器は、電解コンデンサ容量と直流母線電圧計測値の時間降下量からインバータの消費電力を推定演算し、この推定電力値と蓄電池電圧から蓄電池の放電初期電流値を算出して放電開始用ゲート信号を出力
し、この放電開始のための停電検出レベルは、電源変動及び電源インピーダンスによる電圧降下を考慮した最小の電源電圧を想定し、直流母線電圧よりも低い電圧値に設定したことを特徴としたものである。
The first of the present invention is a forward converter for converting the power of the AC power source to DC, a smoothing electrolytic capacitor connected between the converted DC buses, and converting DC to a variable AC voltage at a variable frequency. DC-DC converter comprising an inverter having an inverse conversion unit for output to an elevator motor, a bidirectional step-up / step-down chopper connected between the DC buses of the inverter, and a storage battery connected via the converter And supplying emergency power stored in the storage battery to the motor via the inverter based on the command of the charge / discharge control circuit during a power failure,
It means for detecting said power failure, a power failure detector for monitoring the power recovery voltage drop of the alternating current power supply, the two means of the power failure power calculator for calculating power in case of power failure by introducing a dc bus voltage Providing a gate signal for starting discharge to the DC-DC converter via the charge / discharge control circuit based on the power failure determination of any one of the power failure detection means, and at the time of power recovery, the power failure detector In addition to using the detection signal to stop the discharge operation of the charge / discharge control circuit, the power calculator at the time of power failure estimates and calculates the power consumption of the inverter from the electrolytic capacitor capacity and the time drop of the DC bus voltage measurement value. Calculates the initial discharge current value of the storage battery from the power value and storage battery voltage, and outputs a discharge start gate signal
However, the power failure detection level for starting discharge is assumed to be the minimum power supply voltage considering the power supply fluctuation and the voltage drop due to power supply impedance, and is set to a voltage value lower than the DC bus voltage. is there.
本発明の第2は、前記停電時電力演算器におけるインバータの消費電力推定は、所定時間間隔にてサンプリングされた信号を用い、P=(1/2)C(Vd12−Vd22)にて算出することを特徴としたものである。
ただし、P(W);インバータ消費電力+逆変換器損失、C(F);電解コンデンサ容量、Vd1(V),Vd2(V);各サンプリング時点の電解コンデンサ電圧
本発明の第3は、前記放電初期電流値は、求められた前記インバータの消費電力値を蓄電池電圧で除算して求めたことを特徴としたものである。
According to a second aspect of the present invention, the power consumption estimation of the inverter in the power failure time calculator uses a signal sampled at a predetermined time interval, and P = (1/2) C (Vd1 2 −Vd2 2 ). It is characterized by calculating.
However, P (W); Inverter Power + inverter loss, C (F); electrolytic capacitor capacity, Vd1 (V), Vd2 ( V); a third electrolytic capacitor voltage present invention at each sampling time point, the The initial discharge current value is obtained by dividing the obtained power consumption value of the inverter by the storage battery voltage.
本発明の第4は、交流電力を直流に変換する順変換器、変換された直流の母線間に接続された平滑用の電解コンデンサ、及び直流を可変周波数で可変交流電圧に変換してエレベータ用のモータに出力する逆変換部を有するインバータと、前記直流母線に接続された非常電力装置を設け、この非常電力装置は、直流母線間に接続された双方向性の昇降圧チョッパよりなるDCーDC変換器と、この変換器を介して接続された蓄電池及び充放電制御回路を備え、停電時に蓄電池に蓄積された非常用電力を前記インバータを介してモータに供給するものにおいて、
前記非常電力装置に、交流電源の電圧低下と復電を監視する停電検出器と、前記直流母線電圧を導入して電力を演算する停電時電力演算器と、この演算器にて演算された電力値を蓄電池電圧検出値で除して初期電流指令とする除算手段と、直流母線電圧値と放電電圧指令との偏差信号と前記初期電流指令とを導入して放電電流指令値を生成する電圧レギュレータ、及びこの放電電流指令値と蓄電池電流検出値との偏差信号を導入する電流レギュレータを設け、この電流レギュレータの出力信号に基づいて放電ゲート信号を生成して前記DC−DC変換器に出力するよう構成したことを特徴としたものである。
A fourth aspect of the present invention is a forward converter for converting AC power to DC, a smoothing electrolytic capacitor connected between the converted DC buses, and an elevator for converting DC to variable AC voltage at a variable frequency. And an emergency power device connected to the DC bus, and this emergency power device is a DC-- consisting of a bidirectional buck-boost chopper connected between the DC buses. In a DC converter, a storage battery and a charge / discharge control circuit connected via this converter, and supplying emergency power stored in the storage battery during a power failure to the motor via the inverter,
A power failure detector that monitors voltage drop and power recovery of an AC power supply to the emergency power device, a power failure power calculator that calculates power by introducing the DC bus voltage, and power calculated by the calculator A voltage regulator that generates a discharge current command value by introducing a dividing means that divides the value by a storage battery voltage detection value to obtain an initial current command, a deviation signal between a DC bus voltage value and a discharge voltage command, and the initial current command And a current regulator for introducing a deviation signal between the discharge current command value and the storage battery current detection value, and a discharge gate signal is generated based on the output signal of the current regulator and output to the DC-DC converter. It is characterized by comprising.
本発明の第5は、前記電圧レギュレータの出力側に放電電流を制限するためのリミッタ部を設けたことを特徴としたものである。 A fifth aspect of the present invention is characterized in that a limiter unit for limiting a discharge current is provided on the output side of the voltage regulator.
本発明の第6は、前記蓄電池を鉛蓄電池とし、定電圧充電時の電圧指令と蓄電池電圧検出値との偏差信号を電圧レギュレータに導入して充電電流指令値を生成し、この充電電流指令値と蓄電池電流検出値との偏差信号を電流レギュレータに出力するよう構成したことを特徴としたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, the storage battery is a lead storage battery, a deviation signal between the voltage command at the time of constant voltage charging and the storage battery voltage detection value is introduced into a voltage regulator to generate a charging current command value. And a storage battery current detection value are output to a current regulator.
本発明の第7は、前記蓄電池をニッケル水素蓄電池とし、充電停止電圧レベル値と蓄電池電圧検出値との偏差信号を電圧レギュレータに導入して充電電流指令値を生成し、この充電電流指令値と蓄電池電流検出値との偏差信号を電流レギュレータに出力するよう構成したことを特徴としたものである。 According to a seventh aspect of the present invention, the storage battery is a nickel metal hydride storage battery, and a deviation signal between the charge stop voltage level value and the storage battery voltage detection value is introduced into a voltage regulator to generate a charging current command value. A deviation signal from the storage battery current detection value is configured to be output to a current regulator.
本発明の第8は、前記電圧レギュレータに充電電流を制限するためのリミッタ部を設けたことを特徴としたものである。 According to an eighth aspect of the present invention, the voltage regulator is provided with a limiter unit for limiting a charging current.
本発明によれば次のような効果を有するものである。
(1)本発明による非常電力装置によれば、インバータ電源が健全なときには常に蓄電池充電を行って充電量を満状態に維持するので、エレベータの停電時運転時間をできる限り長くできる。
(2)従来においては、停電が発生していない場合にも蓄電池への充電及び蓄電池からの放電を行っているため、適用する蓄電池には充放電回数による寿命の長いニッケル水素電池等が必要となる。本発明においては蓄電池からの放電は停電時のみであり、充放電回数が非常に少ないシステムとなるので、蓄電池寿命は短いが安価で取扱いの容易な鉛蓄電池を適用することも十分に可能となる。
(3)一般に交流電源の停電検出方法としては電源電圧を直接監視する方法が多く採用されている。この場合、停電を判定するのに電源周波数の1サイクル期間程度の時間を要するので、停電発生から停電が検出されるまでの遅れ時間が問題となることがある。
本発明では、交流電源の電圧低下を検出して停電判定を行う方法以外に、直流母線電圧が予め設定された電圧レベル以下になることによっても停電検出と判断する方法を備えたことにより、直流母線電圧を直接測定することがてきる。これにより、例えばインバータの力行運転で最大負荷状態にて停電が発生すると急激に直流母線電圧が降下するような場合にも、従来の交流電源の電圧低下方法よりも先に停電を検出して、インバータヘの電力供給をより短時間で行うことができるので、運転中の停電発生時にも、エレベータの運転継続を確実に行うことができる。
(4)停電発生時における停電検出レベルは、電源変動及び電源インピーダンスによる電圧降下を考慮した最小の電源電圧を想定して、直流母線電圧よりも低い電圧値に設定するので、停電が発生していないにも関わらず実行するような不要な蓄電池の放電動作を防止し、充放電動作の繰返しによる蓄電池の寿命劣化を防止することがてきる。
(5)放電制御開始時、直流母線電圧を入力値とする停電時電力演算器にて放電電流の初期指令値を算出し、これを電圧レギュレータ内の積分項初期値及ぴ電圧レギュレータの初期出力値としてフィードフォワード項として与える機能により、放電開始時の放電電流応答を高速化でき、インバータヘの供給電力をより短時間で応答させることができる。
(6)前記機能におけるインバータ電力の算出は、直流母線電圧の降下量と直流母線電圧に接続された電解コンデンサ容量から(1)式を用いて装置自身で推定するので、インバータ制御回路やコントローラから電力情報を入力する必要がないので、非常電力装置システムとしての構成は簡単となる。
(7)蓄電池容量によって制限される放電電流は、電圧レギュレータ出力、及び電圧レギュレータ内の積分項を前記制限値でリミットすることにより、放電電流を所望の電流値以下に容易に制限することができる。
The present invention has the following effects.
(1) According to the emergency power device according to the present invention, when the inverter power supply is healthy, the battery is always charged and the charge amount is maintained in the full state, so that the operation time during the power failure of the elevator can be made as long as possible.
(2) Conventionally, even when no power outage occurs, the battery is charged and discharged from the battery. Therefore, the applied battery requires a nickel-metal hydride battery or the like having a long life depending on the number of times of charge and discharge. Become. In the present invention, the discharge from the storage battery is only at the time of a power failure, and since the number of times of charging / discharging is very small, it is possible to sufficiently apply a lead storage battery that has a short storage battery life but is inexpensive and easy to handle. .
(3) Generally, a method of directly monitoring the power supply voltage is adopted as a power failure detection method for an AC power supply. In this case, since a time of about one cycle period of the power supply frequency is required to determine the power failure, a delay time from the occurrence of the power failure to the detection of the power failure may be a problem.
In the present invention, in addition to the method of detecting a voltage drop of the AC power supply and determining a power failure, a method for determining that a power failure has been detected even when the DC bus voltage falls below a preset voltage level is provided. You can measure the bus voltage directly. Thereby, for example, even when the DC bus voltage drops suddenly when a power outage occurs in the maximum load state in the power running operation of the inverter, the power outage is detected prior to the voltage reduction method of the conventional AC power supply, Since power can be supplied to the inverter in a shorter time, the elevator can be reliably continued even when a power failure occurs during operation.
(4) When a power failure occurs, the power failure detection level is set to a voltage value lower than the DC bus voltage, assuming the minimum power supply voltage considering the power supply fluctuation and the voltage drop due to the power supply impedance. In spite of this, it is possible to prevent an unnecessary discharging operation of the storage battery that is executed, and to prevent the deterioration of the life of the storage battery due to repeated charging and discharging operations.
(5) At the start of discharge control, the initial command value of the discharge current is calculated by the power calculator at the time of power failure using the DC bus voltage as the input value, and this is the integral term initial value in the voltage regulator and the initial output of the voltage regulator. With the function given as a feed-forward term as a value, the discharge current response at the start of discharge can be increased, and the power supplied to the inverter can be made to respond in a shorter time.
(6) Since the inverter power in the above function is estimated by the device itself using the equation (1) from the amount of DC bus voltage drop and the electrolytic capacitor capacity connected to the DC bus voltage, the inverter control circuit and controller Since it is not necessary to input power information, the configuration as an emergency power device system is simplified.
(7) The discharge current limited by the storage battery capacity can be easily limited to a desired current value or less by limiting the voltage regulator output and the integral term in the voltage regulator with the limit value. .
上記した効果に加え蓄電池が鉛蓄電池(第2実施例)における充電制御では、
(8)鉛蓄電池の一定電流充電時の制限電流値にて電圧レギュレータ積分項及び出力電流指令値をリミットしておき、電圧レギュレータ入力部の電圧指令値として蓄電池の一定電圧充電時の電圧値を与えることにより、一定電流充電か一定電圧充電かの判断は制御系が自動的に行う。このため簡単な鉛蓄電池の充電制御が可能となる。
(9)前記(8)の充電制御回路はニッケル水素蓄電池の充電にも使用することができる。
In addition to the effects described above, the storage battery is charged in the lead storage battery (second embodiment).
(8) The voltage regulator integral term and output current command value are limited by the limit current value at the time of constant current charging of the lead storage battery, and the voltage value at the time of constant voltage charging of the storage battery is used as the voltage command value of the voltage regulator input section. By giving, the control system automatically determines whether it is constant current charge or constant voltage charge. Therefore, simple charge control of the lead storage battery is possible.
(9) The charge control circuit of (8) can also be used for charging a nickel metal hydride storage battery.
図1は本発明の第1の実施例を示す構成図で、10は電圧形インバータ、20はエレベータ用停電時動力電源(以下、非常電力装置と呼ぶ)である。
インバータ10は交流電源を直流に変換する整流器又は三相PWMコンバータよりなる順変換部11と、電動機を駆動するために直流を可変周波数で可変交流電圧に変換する逆変換部12と、この順変換部11と逆変換部12の直流母線に平滑用として接続される大容量の電解コンデンサ13及び回生電力放電回路14を有している。非常電力装置20は、昇圧チョッパ及び降圧チョッパ機能を合わせ持つ双方向性のDC−DC変換器21と停電時の非常用電力を蓄積しておく蓄電装置22、充放電制御回路23、直流母線電圧を入力して電力演算する停電時電力演算器24及び停電検出器25を有している。
なお、3はエレベータ用のモータ、4はエンコーダで、モータの速度を検出してインバータ制御回路6に速度帰還させる。5は逆変換部12のゲート駆動回路、7はエレベータコントローラである。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, in which 10 is a voltage source inverter and 20 is a power supply for power failure during an elevator (hereinafter referred to as an emergency power device).
The inverter 10 includes a forward conversion unit 11 including a rectifier or a three-phase PWM converter that converts an AC power source into a direct current, an inverse conversion unit 12 that converts a direct current into a variable alternating voltage at a variable frequency in order to drive an electric motor, and the forward conversion. A large capacity electrolytic capacitor 13 and a regenerative power discharge circuit 14 are connected to the DC buses of the unit 11 and the reverse conversion unit 12 for smoothing. The
3 is an elevator motor, and 4 is an encoder, which detects the speed of the motor and feeds it back to the
DCーDC変換器21は、パワートランジスタやIGBT等の電力用半導体スイッチTr1,Tr2、直流リアクトルDCL及び電池電流検出器CTを有している。非常用電力が蓄積される蓄電装置22としては、蓄電池、或いは電気二重層キャパシタ等の大容量コンデンサが用いられ、この蓄電装置22の電圧は双方向性DC−DC変換器21の昇圧及び降圧機能により直流母線電圧より低い電圧で使用される。ここでは、蓄電装置に鉛バッテリやニッケル水素電池等の二次電池を用いた例について説明する。
The DC-
上記のように構成した非常電力装置は、
(1)停電時に蓄電池電圧を昇圧してインバータに直流電力を供給し、エレベータの停電時運転を可能とする。
(2)エレベータ運転時に停電が発生しても、上記の直流電力供給を高速に行って運転継続を可能とする。
(3)停電発生時の蓄電量が常に最大となるようにインバータの商用電源から蓄電池を充電し、エレベータの停電時運転時間をできる限り長くする。つまり、蓄電エネルギーは、停電時動力電源用としてのみ使用される。
を目的とするもので、そのために、本発明では放電制御及ぴ充電制御の実行判断を停電かどうかで判断する。
一般に交流電源の停電検出方法としては電源電圧を直接監視する方法が多く採用されるが、停電を判定するのに電源周波数の1サイクル期間程度の時間を要するので、停電発生から停電が検出されるまでの遅れ時間が問題となることがある。 停電検出遅れ時間による問題例として、例えばインバータが最大負荷で力行運転しているときに停電が発生すると、前記遅れ時間によってDC−DC変換器21の放電制御の開始が遅れてしまい、直流母線電圧が急激に降下してインバータの直流電圧低下故障に至ってしまう。或いは、インバータが直流電圧低下故障に至る前に、放電制御が開始されても、放電制御の応答遅れによってインバータヘの電力供給量がインバータの電力消費量に追従できない状態が継続すると、やはり母線電圧が降下して最終的にエレベータ停止に至ってしまう。
The emergency power device configured as described above is
(1) Boosting the storage battery voltage at the time of power failure and supplying DC power to the inverter to enable the elevator to operate at the time of power failure.
(2) Even if a power failure occurs during the elevator operation, the above-described DC power supply is performed at a high speed so that the operation can be continued.
(3) The storage battery is charged from the commercial power supply of the inverter so that the amount of stored electricity at the time of power failure always becomes maximum, and the operation time at the time of power failure of the elevator is made as long as possible. That is, the stored energy is used only for the power supply during a power failure.
Therefore, in the present invention, whether to execute discharge control and charge control is determined based on whether or not a power failure occurs.
Generally, a method of directly monitoring the power supply voltage is adopted as a method of detecting a power failure of an AC power supply. However, since it takes a time of about one cycle period of the power supply frequency to determine a power failure, a power failure is detected from the occurrence of the power failure. The delay time may become a problem. As an example of a problem due to a power failure detection delay time, for example, if a power failure occurs when the inverter is operating at a maximum load, the delay control delays the start of the discharge control of the DC-
上記に鑑みて、本発明では次の課題を解決するものである。
(a)停電が発生してから本装置が停電を検出して蓄電池の放電制御を開始するまでの時間をできる限り短くする。
(b)停電発生時にインバータが必要とする電流値までの立上り時間を短くするため、放電開始時の放電電流の制御応答を高速化する。
まず、(a)項の解決方法として、従来の交流電源の電圧計測による停電検出方法に加え、本発明では停電時電力演算器24を設けて直流母線電圧の計測による停電検出方法が付加されている。インバータの商用受電中は直流母線電圧を高速なサンプル周期で常時計測しておき、前記電圧値が所定電圧レベルに降下した場合、停電が発生したものと仮定して即時に放電制御を開始する。但し、後述するが復電の判断方法は、交流電源の電圧計測による手段を用いる。
In view of the above, the present invention solves the following problems.
(A) The time from when a power failure occurs until the present apparatus detects the power failure and starts the discharge control of the storage battery is made as short as possible.
(B) To shorten the rise time to the current value required by the inverter when a power failure occurs, the control response of the discharge current at the start of discharge is increased.
First, as a solution of the item (a), in addition to the conventional power failure detection method by measuring the voltage of the AC power supply, the present invention is provided with a power failure detection method by providing a
本発明の停電検出方法として、エレベータの力行運転中に停電が発生した場合の各部動作チャート例を図2に示して説明する。
図2は縦軸に現象を、横軸に時間tを採ったものである。インバータの力行運転中の時刻t1に停電が発生すると、直流母線電圧Vinvはインバータの負荷状態と直流母線に接続された電解コンデンサの容量によって決まる傾きで降下する。
直流母線電圧Vinvが予め設定された停電検出レベルVdchg以下に降下した時刻t2となると、充放電制御回路23は停電が発生したものと判断してオンオフによる放電ゲート信号を半導体スイッチTr2に出力して蓄電池22の放電制御を開始する。なお、停電と判断されるまでの間はオンオフの充電ゲート信号による半導体スイッチTr1の制御にて充電制御を行っている。
An example of a power failure detection method of the present invention will be described with reference to FIG. 2 showing an operation chart of each part when a power failure occurs during powering operation of an elevator.
FIG. 2 shows the phenomenon on the vertical axis and the time t on the horizontal axis. When a power failure occurs at time t1 during the power running operation of the inverter, the DC bus voltage Vinv drops with a slope determined by the load state of the inverter and the capacity of the electrolytic capacitor connected to the DC bus.
At time t2 when the DC bus voltage Vinv falls below a preset power failure detection level Vdchg, the charge /
停電検出レベルVdchgは、商用受電時の電源降下等による直流電圧降下による停電の誤判断を防止するために、電源変動及び電源インピーダンスによる電圧降下を考慮した最小の電源電圧を想定して、前記最小の電源電圧が三相全波整流して得られる直流母線電圧よりも低い電圧値に設定する。これにより、不要な蓄電池放電を防止し、充放電動作の繰返しによる蓄電池の寿命劣化を防止する。
また、上記停電検出レベルVdchgは、放電開始時の直流電圧となるので、インバータの直流電圧低下故障レベルVuvtよりも高い電圧レベルに設定されなければならない。
上記した方法にて停電を検出すると同時に充放電制御回路23は放電制御を開始し、同時にエレベータコントローラ7に対して停電検出信号を出力する。コントローラ7は、前記信号を受信するとインバータ制御回路6に与えるエレベータの速度指令信号を停電時の低速度に変更してモータ電力を低減し、非常電力装置の供給電力(放電電流)を低減させる。
The power outage detection level Vdchg assumes the minimum power supply voltage considering the power supply fluctuation and the voltage drop due to the power supply impedance in order to prevent the erroneous determination of the power outage due to the DC voltage drop due to the power supply drop during commercial power reception, etc. Is set to a voltage value lower than the DC bus voltage obtained by three-phase full-wave rectification. Thereby, unnecessary storage battery discharge is prevented, and deterioration of the life of the storage battery due to repeated charge and discharge operations is prevented.
Further, since the power failure detection level Vdchg is a DC voltage at the start of discharge, it must be set to a voltage level higher than the DC voltage drop failure level Vuvt of the inverter.
At the same time that the power failure is detected by the above-described method, the charge /
次に(b)項の解決方法であるが、具体的な停電時の放電制御フロック図を図3に示して説明する。
基本的には放電制御インバータの直流母線電圧が一定電圧になるように電圧制御を行い、その内側に電流マイナーループ(ACR制御)を設けて放電電流の安定化を図る。図3において、23−1は加算部で、この加算部に放電電圧指令値と直流母線電圧検出値とが逆極性に印加されて両者の偏差が求められ、その偏差が電圧レギュレータ23−2に入力されP1演算が行われる。放電制御開始時には、直流母線電圧を入力値とする停電時電力演算器24は、直流電圧の降下量と主電解コンデンサ13の容量から停電発生時のインバータ消費電力を算出し、インバータヘの電力指令値として除算部23−3に出力する。この除算部において電力指令値を蓄電池電圧で除したものが放電電流指令値となり、電圧レギュレータ内の積分項初期値及ぴ電圧レギュレータの初期出力値として与える。
Next, as a solution of the item (b), a specific discharge control flock diagram at the time of a power failure will be described with reference to FIG.
Basically, voltage control is performed so that the DC bus voltage of the discharge control inverter becomes a constant voltage, and a current minor loop (ACR control) is provided inside to stabilize the discharge current. In FIG. 3, reference numeral 23-1 denotes an adder. The discharge voltage command value and the DC bus voltage detection value are applied to the adder with opposite polarities, and a deviation between the two is obtained. The deviation is applied to the voltage regulator 23-2. The inputted P1 calculation is performed. At the time of starting the discharge control, the
電圧レギュレータの出力は放電電流指令値となり、リミッタ部23−4を介して加算部23−5に印加され、この加算部において求められた放電電流指令値と蓄電池電流検出値との偏差が電流レギュレータ23−6に入力されてP1演算される。電流レギュレータの出力はDC−DC変換器21への電圧指令信号でありPWM信号回路23−7に入力されてPWM変調され、この変調信号に基づいて
放電用の半導体スイッチTr2のゲート信号が得られる。このゲート信号はゲート駆動回路23−8を介して半導体スイッチTr2のゲートに印加され、もって放電電流及び直流母線電圧を制御しながら直流電力を供給する。
放電電流は、蓄電池保護面から蓄電池容量によって制限される。この制限値を超過しないように放電電流指令値、つまり電圧レギュレータ出力、及び電圧レギュレータ内の積分項を前記制限値でリミットすることにより、放電電流を所望の電流値以下に制限することができる。
The output of the voltage regulator becomes a discharge current command value, which is applied to the addition unit 23-5 via the limiter unit 23-4, and the deviation between the discharge current command value obtained in this addition unit and the storage battery current detection value is the current regulator. 23-1 and P1 is calculated. The output of the current regulator is a voltage command signal to the DC-
The discharge current is limited by the storage battery capacity from the storage battery protection surface. By limiting the discharge current command value, that is, the voltage regulator output and the integral term in the voltage regulator with the limit value so as not to exceed the limit value, the discharge current can be limited to a desired current value or less.
一般にインバータの消費電力は、インバータ制御回路6、或いはエレベータコントローラ7において算出できる。しかし、本発明でのインバータの電力算出方法は、直流母線電圧の降下量と直流母線電圧に接続された電解コンデンサ容量から(1)式を用いてインバータの消費電力を推定するので、非常電力装置側にて算出できる。詳細な算出方法について図4に基づいて説明する。
P=(1/2)C(Vd12−Vd22)…… (1)
ここで、P(W):インバータ消費電力、C(F):電解コンデンサ容量、Vd1(V):時刻t11における電解コンデンサ電圧、Vd2(V):時刻t12における電圧コンデンサ電圧、(ただし、t12>t11)
(1)式は停電発生によってインバータ電力が電解ンデンサに蓄えられたエネルギーのみで消費されている場合にのみ成立し、商用電源にてインバータが運転されている条件では、(1)式で算出した電力は実際のインバータ電力を反映するものではない。しかしながら、直流母線電圧が放電開始レベル付近であればインバータは停電状態と見なすことができる。従って、直流母線電圧が停電検出レベル付近まで降下している条件のときには、(1)式によるインバータ消費電力の推定方法としては有効な手段となる。インバータの商用受電時には常時、停電時電力演算器24において母線電圧計測値を(1)式を用いてインバータ電力を推定する。
In general, the power consumption of the inverter can be calculated by the
P = (1/2) C (Vd1 2 −Vd2 2 ) (1)
Here, P (W): Inverter power consumption, C (F): Electrolytic capacitor capacity, Vd1 (V): Electrolytic capacitor voltage at time t11, Vd2 (V): Voltage capacitor voltage at time t12 (where t12 > t11 )
Formula (1) is established only when inverter power is consumed only by the energy stored in the electrolytic capacitor due to the occurrence of a power failure, and is calculated by Formula (1) under the condition that the inverter is operated with a commercial power source. The power does not reflect actual inverter power. However, if the DC bus voltage is near the discharge start level, the inverter can be regarded as a power failure state. Therefore, when the DC bus voltage drops to near the power failure detection level, this is an effective means for estimating the inverter power consumption according to equation (1). At the time of commercial power reception of the inverter, the inverter power is estimated by using the
図4に示すt11,t12は、停電時電力演算器24における電力演算のサンプル周期であり、Pは時刻t11から時刻t12間のインバータ平均電力を表している。電力演算のサンプル周期については、直流母線電圧のアナログ検出精度及び前記信号をCPUに取込むためのAD変換器精度に留意する必要があるが、前記精度が高いほどサンプル周期を高速化できる。
停電による放電開始時、放電開始直前に算出されたインバータ電力を蓄電池電圧計測値で除して求められた電流を放電電流指令値の初期値とする。前記電流指令値は、放電制御開始時の電圧レギュレータの積分項の初期値として与えることが特徴で、これにより放電開始時の電圧レギュレータは、インバータヘの供給すべき放電電流指令を即時に出力することができる。前記方法を用いない場合と比較すると、電圧レギュレータ出力が所望の放電電流指令に達するまでの時間を短縮できるので放電時の制御応答が高速化できる。
T11 and t12 shown in FIG. 4 are sample periods of power calculation in the
At the start of discharge due to a power failure, the current obtained by dividing the inverter power calculated immediately before the start of discharge by the storage battery voltage measurement value is used as the initial value of the discharge current command value. The current command value is given as an initial value of the integral term of the voltage regulator at the start of discharge control, whereby the voltage regulator at the start of discharge immediately outputs a discharge current command to be supplied to the inverter. be able to. Compared with the case where the above method is not used, the time until the voltage regulator output reaches a desired discharge current command can be shortened, so that the control response at the time of discharge can be increased.
次に、エレベータの回生運転中に停電が発生した場合について説明する。
停電時には電動機からの回生エネルギーによって直流母線電圧は上昇するので、上記に説明した方法では停電を検出できない。このとき、インバータは電動機からの回生エネルギーを回生電力放電回路14によって消費しながら運転を継続することもできる。従って、本発明では直流母線電圧の監視によって停電検出されない場合であっても、図1の停電検出回路25内の電源電圧値の低下による停電判断が行われた場合でも、充放電制御回路23は放電制御を開始すると同時に、エレベータコントローラ7に対して停電検出信号を出力し、エレベータコントローラは停電管制運転に移行するようにする。上記条件のようにインバータが回生運転状態にある場合の本装置の放電制御においては、ほとんどインバータに対して電力を供給することはなく、エレベータ着床時に電力供給が必要となる程度である。
Next, a case where a power failure occurs during the regenerative operation of the elevator will be described.
In the event of a power failure, the DC bus voltage rises due to regenerative energy from the motor, so the power failure cannot be detected by the method described above. At this time, the inverter can also continue the operation while consuming the regenerative energy from the electric motor by the regenerative power discharge circuit 14. Therefore, in the present invention, even when a power failure is not detected by monitoring the DC bus voltage, even when a power failure determination is made due to a decrease in the power supply voltage value in the power
次に、本発明装置の復電検出方法について説明する。
停電検出の方法については、直流母線電圧低下の監視、或いは、電源電圧低下の監視によって行うが、復電については直流母線電圧の監視による方法では検出できない。その理由の一つは、放電中の場合には直流母線電圧が一定に制御されるためである。もう一つの理由として、エレベータが回生運転のときの直流母線電圧は、抵抗による回生電力放電回路の動作電圧レベルまで上昇するからである。そこで、復電の検出については、商用電源の電圧を測定する停電検出器25のみにて復電検出を行う。復電を検出すると非常電力装置20は蓄電池22の放電を停止して充電動作へと移行する。
Next, the power recovery detection method of the device of the present invention will be described.
The power failure detection method is performed by monitoring the DC bus voltage drop or the power supply voltage drop. However, the power recovery cannot be detected by the DC bus voltage monitoring method. One of the reasons is that the DC bus voltage is controlled to be constant during discharging. Another reason is that the DC bus voltage when the elevator is in regenerative operation rises to the operating voltage level of the regenerative power discharge circuit due to resistance. Therefore, for power recovery detection, power recovery detection is performed only by the
図5は第2実施例による鉛蓄電池の充電制御ブロック図を示したものである。
非常電力装置20における充放電制御回路23は、蓄電池22が鉛蓄電池の場合には図5で示す機能を備えて次のような充電制御を実行する。
基本的な制御構成は放電制御と同じであるが、蓄電池電圧を一定にするための電圧制御ループを設け、その内側に電流マイナーループ(ACR制御)を設けて充電電流を制御する。定電圧充電時の電圧指令値と蓄電池電圧検出値とを加算部23’−1に導入して両者の偏差を求め、この偏差を電圧レギュレータ23’−2に入力しP1演算する。次に、前記出力値を蓄電池電流の充電電流指令値とし、加算部23−5において蓄電池電流検出値との偏差を求めて電流レギュレータ23−6に入力しP1演算する。電流レギュレータの出力信号はDC−DC変換器21への電圧指令信号でありPWM信号回路23−7に入力する。そしてPWM変調により半導体スイッチTr1のゲート信号が得られる。このゲート信号はゲート駆動回路23−8を介して半導体スイッチTr1のゲートに出力され、蓄電池の電流及び電圧を制御しながら充電する。
FIG. 5 shows a charge control block diagram of the lead storage battery according to the second embodiment.
When the storage battery 22 is a lead storage battery, the charge /
Although the basic control configuration is the same as the discharge control, a voltage control loop for making the storage battery voltage constant is provided, and a current minor loop (ACR control) is provided inside to control the charging current. The voltage command value at the time of constant voltage charging and the storage battery voltage detection value are introduced into the adding
電圧レギュレータ23’−2の積分項及び出力電流指令値は、鉛蓄電池の充電電流許容値を用いてリミットすることにより、充電電流が蓄電池の許容充電電流値を超過しないように制御する。リミッタ部23’−4におけるリミット値で制限されるような充電状態のときは、電圧レギュレータ23’−2に入力される電圧指令信号と電圧帰還信号には定常偏差が生ずる。このような充電状態では、蓄電池に対して一定電流充電を行っていることになる。また、充電が進むにつれて蓄電池電圧は上昇するので電圧レギュレータの入力偏差は次第に減少して電圧レギュレータ出力も減少し、充電電流指令値は前記リミット値以下に制御されるようになる。このように一定電流充電から一定電圧充電制御への切換え、及び、その逆の制御切換えが自動的に行われるので制御方法としては簡単となる。 The integral term and the output current command value of the voltage regulator 23'-2 are controlled by using the allowable charging current value of the lead storage battery so that the charging current does not exceed the allowable charging current value of the storage battery. When the charging state is limited by the limit value in the limiter 23'-4, a steady deviation occurs between the voltage command signal and the voltage feedback signal input to the voltage regulator 23'-2. In such a charged state, the storage battery is charged with a constant current. Further, as the charging proceeds, the storage battery voltage increases, so that the input deviation of the voltage regulator gradually decreases and the voltage regulator output also decreases, and the charging current command value is controlled to be equal to or less than the limit value. As described above, since the switching from the constant current charging to the constant voltage charging control and the reverse control switching are automatically performed, the control method becomes simple.
図6は第3実施例によるニッケル水素蓄電池の充電制御ブロック図を示したものである。
蓄電池22としてニッケル水素電池を使用した場合、鉛蓄電池の充電方法とは異なって満充電状態となるまで一定電流で充電する。満充電の判断は、一般に単位時間当たりの蓄電池の温度上昇値や電圧変化量を計測して行う。ニッケル水素蓄電池の充電制御回路としては、図5の鉛蓄電池の充電制御回路を基本として構成し、蓄電池定格となる充電電流指令値を電圧レギュレータの積分項及びその出力値のリミット値として使用する。また、電圧レギュレータ入力の電圧指令値として蓄電池の充電停止電圧値を与えておくことにより、一定電流での充電制御を行うとともに、一定電流充電方法における注意すべき過電圧充電を防止することができる。
FIG. 6 shows a charge control block diagram of the nickel metal hydride storage battery according to the third embodiment.
When a nickel metal hydride battery is used as the storage battery 22, the battery is charged with a constant current until the battery is fully charged, unlike the lead-acid battery charging method. The determination of full charge is generally made by measuring the temperature rise value or voltage change amount of the storage battery per unit time. The charge control circuit for the nickel hydride storage battery is configured based on the charge control circuit for the lead storage battery in FIG. 5, and the charge current command value for the storage battery rating is used as the integral term of the voltage regulator and the limit value of its output value. Further, by giving a charge stop voltage value of the storage battery as a voltage command value of the voltage regulator input, it is possible to perform charge control with a constant current and to prevent overvoltage charge to be careful in the constant current charge method.
1,11…順変換器
2,12…逆変換器
3…モータ
4…エンコーダ
5…ゲート駆動回路
6…インバータ制御回路
7…エレベータコントローラ
10…インバータ
13…電解コンデンサ
20…非常電力装置
21…DC−DC変換器
22…蓄電池
23…充放電制御回路
24…停電時電力演算器
25…停電検出器
1,11 ... Forward converter
2,12 ... Inverter
3 ... Motor
4 ... Encoder
5 ... Gate drive circuit
6 ... Inverter control circuit
7 ... Elevator controller
10 ... Inverter
13 ... Electrolytic capacitor
20 ... Emergency power device
21 ... DC-DC converter
22 ... Storage battery
23 ... Charge /
25 ... Power failure detector
Claims (8)
前記停電を検出する手段は、前記交流電源の電圧低下と復電を監視する停電検出器と、直流母線電圧を導入して停電時における電力を演算する停電時電力演算器の2つの手段を設け、何れか一方の停電検出手段の停電判定に基づいて前記充放電制御回路を介してDC−DC変換器に対して放電開始用のゲート信号を出力し、且つ復電時には前記停電検出器の検出信号で充放電制御回路の放電動作の停止指令とすると共に、前記停電時電力演算器は、電解コンデンサ容量と直流母線電圧計測値の時間降下量からインバータの消費電力を推定演算し、この推定電力値と蓄電池電圧から蓄電池の放電初期電流値を算出して放電開始用ゲート信号を出力
し、この放電開始のための停電検出レベルは、電源変動及び電源インピーダンスによる電圧降下を考慮した最小の電源電圧を想定し、直流母線電圧よりも低い電圧値に設定したことを特徴としたエレベータ制御装置におけるインバータ用直流電源のバックアップ方法。 A forward converter for converting the power of the AC power source into DC, a smoothing electrolytic capacitor connected between the converted DC buses, and converting the DC to a variable AC voltage at a variable frequency and outputting it to an elevator motor A DC-DC converter composed of an inverter having an inverse converter and a bidirectional step-up / step-down chopper connected between the DC buses of the inverter and a storage battery connected via the converter are charged and discharged during a power failure. In what supplies the emergency power stored in the storage battery to the motor via the inverter based on the command of the control circuit,
It means for detecting said power failure, a power failure detector for monitoring the power recovery voltage drop of the alternating current power supply, the two means of the power failure power calculator for calculating power in case of power failure by introducing a dc bus voltage Providing a gate signal for starting discharge to the DC-DC converter via the charge / discharge control circuit based on the power failure determination of any one of the power failure detection means, and at the time of power recovery, the power failure detector In addition to using the detection signal to stop the discharge operation of the charge / discharge control circuit, the power calculator at the time of power failure estimates and calculates the power consumption of the inverter from the electrolytic capacitor capacity and the time drop of the DC bus voltage measurement value. The initial discharge current value of the storage battery is calculated from the power value and the storage battery voltage, and a discharge start gate signal is output.
The power failure detection level for the start of discharge is assumed to be the minimum power supply voltage considering the power supply fluctuation and the voltage drop due to the power supply impedance, and is set to a voltage value lower than the DC bus voltage. A backup method for a DC power supply for an inverter in the apparatus.
ただし、P(W);インバータ消費電力+逆変換器損失、C(F);電解コンデンサ容量、Vd1(V),Vd2(V);各サンプリング時点の電解コンデンサ電圧 The power consumption estimation of the inverter in the power failure power calculator is calculated by P = (1/2) C (Vd1 2 −Vd2 2 ) using a signal sampled at a predetermined time interval. The backup method of the DC power supply for inverters in the elevator of Claim 1 .
Where P (W): inverter power consumption + inverter loss, C (F); electrolytic capacitor capacity, Vd1 (V), Vd2 (V); electrolytic capacitor voltage at each sampling time
前記非常電力装置に、交流電源の電圧低下と復電を監視する停電検出器と、前記直流母線電圧を導入して電力を演算する停電時電力演算器と、この演算器にて演算された電力値を蓄電池電圧検出値で除して初期電流指令とする除算手段と、直流母線電圧値と放電電圧指令との偏差信号と前記初期電流指令とを導入して放電電流指令値を生成する電圧レギュレータ、及びこの放電電流指令値と蓄電池電流検出値との偏差信号を導入する電流レギュレータを設け、この電流レギュレータの出力信号に基づいて放電ゲート信号を生成して前記DC−DC変換器に出力するよう構成したことを特徴としたエレベータにおけるインバータ用直流電源のバックアップ装置。A power failure detector that monitors voltage drop and power recovery of an AC power supply to the emergency power device, a power failure power calculator that calculates power by introducing the DC bus voltage, and power calculated by the calculator A voltage regulator that generates a discharge current command value by introducing a dividing means that divides the value by a storage battery voltage detection value to obtain an initial current command, a deviation signal between a DC bus voltage value and a discharge voltage command, and the initial current command And a current regulator for introducing a deviation signal between the discharge current command value and the storage battery current detection value, and a discharge gate signal is generated based on the output signal of the current regulator and output to the DC-DC converter. A backup device for a DC power supply for an inverter in an elevator characterized by being configured.
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