专利名称：电梯控制装置以及电梯系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于电梯的紧急制动试运转的电梯控制装置以及具备该电梯控制装置的电梯系统。
背景技术：
在电梯的控制装置中，一般使用电动机控制装置，该电动机控制装置包括使用了功率晶体管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等开关元件的PWM(Pulse Width Modulation)逆变器等逆变装置。此外，正常的电梯运转所需的电动机转矩为额定转矩的250％左右，因此，PWM逆变器的电容(开关元件的电容)优选以产生该250％左右的转矩所需的电流值来进行设计。
另外，作为一种电梯的安全装置，有轿厢的紧急制动装置。其是在轿厢的速度因某种原因与额定速度相比异常增速时，把持导轨，以使轿厢停止上升或下降的装置。有必要在电梯竣工时以及定期性对该紧急制动装置进行性能检查，此时，电动机需要额定转矩的300～400％的转矩。因此，为了产生该转矩，就需要根据转矩，通过额定时的300～400％的电流，PWM逆变器的开关元件也需要具有能够承受该电流的电容。因此，PWM逆变器的装置大小或成本增加。
为了解决上述问题，公知通常用第1励磁电流指令运转电梯，在紧急制动试运转等需要大转矩(电流)时，使用比第1励磁电流大的第2励磁电流指令，控制感应电动机的方法(例如，参照专利文献1)。此外，作为获得同样效果的方法，公知在紧急制动试运转时将转差频率切换成比正常运转时小的频率，来控制感应电动机的方法(例如，参照专利文献2)。
另外，作为不同的方法，公知在紧急制动试运转时将感应电动机的绕组的从△型接线改成Y型接线的方法(例如，参照专利文献3)。
(专利文献1)特公平6-13394号公报(专利文献2)特公平7-86068号公报(专利文献3)特开平6-135653号公报近年来，在电梯驱动用电动机中，在磁场中利用小型强力的永久磁铁的同步电动机逐步取代感应电动机而成为主流。该永磁式同步电动机，由于永久磁铁的作用使其磁场一直存在，故不需要与感应电动机的磁场相当的励磁电流，但另一方面，它不能象感应电动机一样，以励磁电流或转差频率的设定值来改变转矩与电流的大小关系。
此外，由于永磁同步电动机没有转差率，故电动机停止状态的电流成为直流电流。因此，在紧急制动试运转时，与交流电流相比，对特定开关元件所造成的负担大。即使改变电动机绕组的接线方法后，仍然有该直流电流的问题。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于，提供一种在使用永磁式同步电动机作为电梯驱动用电动机时，无需增大逆变装置的电容或开关元件的电容，即可进行紧急制动试运转的电梯控制装置以及具备该电梯控制装置的电梯系统。
在本发明的电梯控制装置以及电梯系统中，在紧急制动试运转时，在检测出所述永磁式同步电动机用来产生比正常运转时还大的转矩的绕组改接时，将驱动永磁式同步电动机的逆变装置的开关频率设定为比正常运转时还低的值。
根据本发明，即使在采用永磁式同步电动机作为电梯驱动用电动机的情况下，也可以不给逆变装置的开关元件造成负担地通过直流大电流。因此，无需增大逆变装置的电容或开关元件的电容，即可进行紧急制动试运转。
图1是表示本发明的一实施方式的电梯系统的图。
图2是表示同步电动机的绕组的接线的图。
图3是表示绕组状态判断机构和紧急制动试验模式设定机构的动作的流程图。
具体实施例方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的一实施方式的电梯系统。
如图1所示，PWM转换器52根据来自转换器控制装置80的动作指令，将来自交流电源51的交流电压升压为规定的直流电压，并向电容器53充电。PWM转换器52根据转换器控制装置80的动作指令而进行控制，以使直流电压检测器81与电流检测器82的输出分别达到规定值。充电后的直流电压Vdc在PWM逆变器54被转换为可变电压·可变频率的交流电压。将PWM逆变器54的输出向永磁同步电动机(PMSM)56(以下称为“同步电动机56”)供给，由此，同步电动机56被可变速驱动。在同步电动机56的输出旋转轴上连接电动机永久磁铁的位置检测器57、速度检测器58、制动装置(图中未示出)以及电梯的滑轮2。电梯轿厢1和平衡重物3经由卷绕在滑轮2上的吊索4被悬吊于滑轮2上。电梯轿厢1中设置有紧急制动装置6。通过如此构成，电梯轿厢1随着同步电动机56的旋转，即滑轮2的旋转而进行升降。
紧急制动装置6在电梯轿厢1与额定速度相比出现异常增速时，对应于该电梯轿厢1的过快的速度，把持引导电梯轿厢1的导轨5(电梯轿厢用导轨)，以防止电梯轿厢1的上升及下降。
速度指令机构61产生同步电动机的速度指令ω*。速度控制机构62进行反馈控制，以使来自速度检测器58的速度ω追随速度指令ω*，并且通过转矩指令限制器67将转矩指令T*输出到q轴电流指令机构63。q轴电流指令机构63计算与转矩指令T*相应的电流，并通过q轴电流指令限制器68将q轴电流指令Iq*输出到电流控制机构65。这样，利用转矩指令限制器67以及q轴电流指令限制器68，可以抑制同步电动机56启动时的电动机速度的超速。在电流控制机构65中，对来自电流检测器55的电流I进行反馈，以使与q轴电流指令Iq*以及d轴电流指令机构64输出的d轴电流指令Id*相应的电流流过同步电动机56，并将电压指令v*输出至PWM脉冲产生机构66。在这里，在同步电动机56中，由于磁通在永久磁铁的作用下一直存在，所以将与感应电动机的励磁电流相当的d轴电流指令Id*设定为零。即，同步电动机56所产生的转矩大小与q轴电流指令Iq*的大小成一定的比例。PWM脉冲产生机构66生成与电压指令v*相应的PWM脉冲信号，并输出至PWM逆变器54。PWM脉冲周期，即PWM逆变器的开关频率fc由后述的紧急制动试验模式设定机构设定。这样，通过对同步电动机56的速度进行控制而进行电梯的正常运转。
以下，对紧急制动试运转时的动作进行说明。
如上所述，在紧急制动试运转时，需要大于正常运转时的转矩，但是，在紧急制动试运转时，只需要确认滑轮2是否打滑便可，故所要求的速度低。因此，为了提高转矩对电流之比，而对同步电动机56的绕组进行改接。
图2是表示同步电动机56的绕组的接线方法的图。图2(a)是正常运转时的接线图，图2(b)是紧急制动试运转时的接线图。由预先连接成Y型接线(也称为“星状接线”)的一组绕组(端子名称为U2、V2、W2)和独立于上述绕组的U1-X1、V1-Y1、W1-Z1绕组构成。在正常运转时，通过连接X1、Y1和Z1以形成中性点，同时分别连接U1和U2、V1和V2、W1和W2，以形成双重Y型接线。与此相对，在紧急制动试运转时，通过分别连接X1和U2、Y1和V2、Z1和W2，以形成单一Y型接线。由此，与双重Y型接线相比，单一Y型接线在规定电流(双重Y型接线时为双重绕组的总电流)流过各相绕组时所产生的磁通为2倍。因此，在单一Y型接线中，与双重Y型接线相比，可以将转矩对电流之比提高到2倍左右。此外，只要可以增加与一定电流对应的磁通，接线方法并不限于Y型接线而可以采用其它的接线形式。
这样，在对同步电动机56的绕组进行改接后，实施紧急制动试运转。具体的方法是，将电梯轿厢6内设成无负载状态，启动紧急制动装置6。然后，在后述图3的流程动作之后，沿电梯轿厢的上升或下降方向旋转同步电动机56，确认滑轮2是否已经打滑，即滑轮2是否已经空转。
图3是表示图1中的绕组状态判断机构71以及紧急制动试验模式设定机构70的动作的流程图。对各步骤进行说明。
步骤1绕组状态判断机构71控制PWM逆变器54，而将测定用电压施加在同步电动机56上，来测定电动机的阻抗Z。在绕组状态判断机构71中，通过从电流检测器55获取在PWM逆变器54中产生规定电压V*时流过电动机的电流I，以公式Z＝V*/I计算电动机的阻抗Z。所测定的阻抗可以是电阻值或阻抗值中的任意一个，也可以是两者。
步骤2从图2的接线图可以看出，与正常运转时的双重Y型接线相比，紧急制动试运转时的单一Y型接线时的电动机端子之间的阻抗大四倍。其原因是，电动机的阻抗，若设图2接线图中的一个绕组(例如U1-X1)的电感为L，则端子间的电感在单一Y型接线(例如端子U1和V1之间)中成为4L，而另一方面，在双重Y型接线(例如端子U1(U2)和V1(V2)之间)中由于是2L的并联，所以仍为L。利用这种阻抗的差异，绕组状态判断机构71将步骤2的测定值Z与预先存储的双重Y型接线时的阻抗的值(L)进行比较，如果测定值Z大，则进入步骤3。即，如后所述，绕组状态判断机构71向紧急制动试验模式设定机构70发出用来执行各种控制参数的设定变更或PWM转换器的动作停止的指令信号。如果测定值等于或小于双重Y型接线时的值，则视为紧急制动试运转还没有准备好，此时，不进行后述的转矩指令或电流指令的各限制器的变更而结束动作。在结束时，可以进行使表示无法进行紧急制动试运行准备的报警器动作，或点亮指示灯等任意显示形式。
步骤3为了进行紧急制动试运转，紧急制动试验模式设定机构70进行以下的设定变更，即使流过直流的大电流，PWM逆变器54的开关元件也可以正常工作。首先，将PWM逆变器54的开关频率fc设置为低于正常运转时的值，并将设定值输出至PWM脉冲产生机构66。例如，正常运转时，将fc设定在8kHz左右，紧急制动试运转时则设定在2kHz左右，即，优选将fc设定在大约四分之一以下。由此，可以大幅度地降低PWM逆变器54的开关损失(例如四分之一以下)。
然后，向转换器控制装置80输出使PWM转换器52的升压动作停止的信号Cstop。通过利用信号Cstop，使PWM转换器52的开关元件的动作停止，并使PWM转换器52进行与开关元件反向并联连接的二极管所进行的二极管整流动作，从而可以将直流电压Vdc降低至交流电源51的峰值。例如，PWM转换器52的开关元件动作时，Vdc＝720V，但输出信号Cstop后，Vdc＝600V。由此，可以进一步降低PWM逆变器54的开关损失。
接着，由于在紧急制动试运转中产生比正常运转时更大的转矩，故将转矩指令T*以及q轴电流指令Iq*的各限制器值(TLM、IqLM)设定为大于正常运转时的值。例如，在正常运转时和紧急制动试运转时，将各限制器值分别设定成额定运转时的250％左右、500％左右。
然后，将电流控制机构65的电流控制增益(PI控制时比例增益Kp，积分增益Ki)设定为比正常运转时小的值。这是因为由于通过降低开关频率fc而增长开关周期，故防止开关控制系统的无效时间增加，电流控制系统不稳定的现象。例如，在紧急制动试运转时，将正常运转时1000rad/s左右的交叉频率设定为250rad/s左右。此外，由于在正常运转时，考虑到电梯的乘用感觉，降低PWM逆变器的空载时间所引起的电流失真，而将电流控制系统的应答设定得高，但在紧急制动试运转时由于无须考虑乘用感觉，故可以进行低应答。
通过设置以上各种机构，而可以使同步电动机56产生使滑轮空转所需的直流大电流。而且，还可以大幅度降低紧急制动试运转时在开关元件中产生的开关损失。
而且，不限于上述实施例，在本发明的技术方案范围内，能够进行各种实施例和变形例。例如，针对逆变装置或转换装置，可以采用PWM(脉冲宽度调制)以外的各种调制方式，可以采用电压型和电流型的任一种。而且，也可以用二极管整流装置来取代转换装置。此时，不需要上述Cstop信号。
权利要求
1.一种电梯控制装置，其中包括驱动电梯驱动用的永磁式同步电动机的逆变装置，其特征在于，具备绕组状态检测机构，其在紧急制动试运转时，检测用来使所述永磁式同步电动机产生比正常运转时还大的转矩的绕组的改接；和紧急制动试验模式设定机构，其在所述绕组状态检测机构检测到所述绕组的改接时，将所述逆变装置的开关频率设定为低于所述正常运转时的值。
2.根据权利要求1所述的电梯控制装置，其中，还具有向所述逆变装置供给直流功率的转换装置，在所述绕组状态检测机构检测到所述绕组的改接时，所述紧急制动试验模式设定机构输出停止所述转换装置的升压动作的指令。
3.一种电梯系统，其特征在于，具备永磁式同步电动机；由所述永磁式同步电动机驱动的滑轮；经由吊索悬吊在所述滑轮上的电梯轿厢以及平衡重物；包括为了升降轿厢，而在可变电压及可变频率下输出所述永磁式同步电动机的施加电压的逆变装置的控制装置；和对应于所述电梯轿厢的过大速度而动作，以防止电梯轿厢上升或下降的紧急制动装置，所述控制装置具备绕组状态检测机构，其在紧急制动试运转时，检测用来使所述永磁式同步电动机产生比正常运转时还大的转矩的绕组的改接；和紧急制动试验模式设定机构，其在所述绕组状态检测机构检测到所述绕组的改接时，将所述逆变装置的开关频率设定为低于所述正常运转时的值。
4.根据权利要求3所述的电梯系统，其中，所述控制装置还具有向所述逆变装置供给直流功率的转换装置，在所述绕组状态检测机构检测到所述绕组的改接时，所述紧急制动试验模式设定机构输出停止所述转换装置的升压动作的指令。
全文摘要
本发明提供一种即使在将永磁式同步电动机作为电梯驱动用电动机使用，也无需增大PWM逆变器的电容，即可实施紧急制动试运转的电梯控制装置及电梯系统。在紧急制动试运转时，当检测到用来使所述永磁式同步电动机产生比正常运转时还大的转矩的绕组的改接时，将驱动永磁式同步电动机的逆变装置的开关频率设定为低于正常运转时的值。
文档编号B66B5/00GK1623882SQ20041007711
公开日2005年6月8日 申请日期2004年9月10日 优先权日2003年12月2日
发明者大沼直人, 岸川孝生, 大木茂, 三田史明, 蛭田清玄 申请人:株式会社日立制作所