專利名稱：電梯控制裝置及電力變換器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用變換器與VVVF(可變電壓、可變頻率)逆變器向交流電動機供電的電梯控制裝置的改進，特別是涉及具備太陽能電池的電梯控制裝置。
背景技術(shù)：
將太陽能電池使用于電梯裝置的技術(shù)思想有各種各樣。首先，在日本專利特開平2-100973號公報公開了備有蓄電池在電梯停止時以太陽能電池產(chǎn)生的能量對蓄電池充電的裝置。
這種已有技術(shù)的太陽能電池的利用效率低，不大能夠期待取得節(jié)能效果。
又，蓄電池的充電能力隨著溫度等環(huán)境條件和充放電狀態(tài)(電壓值和電流值)的變化而變化，因此在相同的充電條件、狀態(tài)下不一定能夠貯存太陽能。
而且由于蓄電池的充電能力隨著時間而變化，因此還存在著額外的重新檢修、保養(yǎng)等工作的麻煩。
還有，在日本專利特開昭59-153778號公報公開了能夠用交流電源或太陽能電池(1次電池)提供電梯運行所需要的平均電力，用儲能裝置(2次電池)提供加減速運行時的脈動電力的裝置。
這種已有的技術(shù)也由于太陽能電池的利用效率低，難以期望得到節(jié)電效果。也就是說，一旦儲能裝置充分充電，就不能接受來自太陽能電池的能量，對于反復(fù)頻繁地加減速，使再生能量返回儲能裝置的狀態(tài)頻繁出現(xiàn)的電梯，問題特別嚴(yán)重。電梯的加速時間通常只在幾分鐘以內(nèi)結(jié)束，如果這段時間內(nèi)加減速時產(chǎn)生的脈動電力由太陽能電池提供，則太陽能電池產(chǎn)生的能量必須能夠在這段時間內(nèi)向儲能裝置充電。另一方面，太陽能電池產(chǎn)生的電力時時刻刻隨著日照量而變化，因此在這么短的時間內(nèi)未必能夠提供必要的電力。
而且，由于利用鉛蓄電池等2次電池作為儲能裝置，也和上述技術(shù)一樣需要檢修保養(yǎng)工作。
還有，使用太陽能電池和工業(yè)電源驅(qū)動電梯的又一個例子是日本專利特開昭61-12579號公報，在太陽能電池的輸出電壓減少的情況下切換為工業(yè)電源。
這種已有的技術(shù)，由于在輸出特性不同的不同類電源(太陽能電池和工業(yè)電源)之間切換，因此在切換時發(fā)生過渡性的電壓變動，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動，使得乘電梯感覺不舒服。
而且，將太陽能電池所產(chǎn)生的能量暫時存儲于蓄電池，也有蓄電池保養(yǎng)的問題。
以上所述的例子都利用蓄電池，這里存在著下面所述的共同的問題。由于蓄電池是利用化學(xué)反應(yīng)貯存電能的方式，蓄電池能夠充電的能力隨著蓄電池的狀態(tài)而改變，通常在電梯加減速結(jié)束短短的幾分鐘內(nèi)太陽能電池產(chǎn)生的瞬時能量不能充電。能夠充電的是太陽能電池產(chǎn)生的平均能量。
又，在蓄電池處于過充電狀態(tài)時幾乎不能充電。假如在這種狀態(tài)下強制繼續(xù)充電，則蓄電池急劇劣化。而且，在設(shè)置于高溫或低溫環(huán)境下時，蓄電池本來的能量貯存功能大大下降。這樣，將充電特性隨著各種條件而改變的蓄電池作為時時刻刻隨著日照量而改變其輸出特性的太陽能電池產(chǎn)生的能量的存儲手段使用，在能量的貯存效率上是不利的。
而且，使用于能用10年以上的非常經(jīng)久耐用的電梯上，由于蓄電池的性能隨著時間而劣化的固有特性，少不了維修保養(yǎng)的麻煩。同時，通常蓄電池是多個蓄電池單元一起使用，各個單元的特性存在參差不齊的問題，在可靠性上也存在著問題。
本發(fā)明的目的在于，提供能夠高效率地利用太陽能電池產(chǎn)生的電力的電梯裝置。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的電梯控制裝置具備將電源的交流電變換為直流電的變換器、連接于該變換器的輸出側(cè)的電容器、將該電容器的直流電變換為可變電壓、可變頻率的交流電的逆變器，以及利用該逆變器供電的驅(qū)動電梯轎廂升降的電動機，其特征在于，設(shè)置太陽能電池，將該太陽能電池所產(chǎn)生的電力注入所述電容器的手段，以及控制所述變換器使所述電容器的電力回饋到所述電源的手段。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其特征在于，所述變換器控制裝置具備將所述電容器的電壓維持在預(yù)定的電壓范圍的電壓控制系統(tǒng)，還具備對所述變換器進行可逆控制，以從所述電源向所述電容器注入電力或使所述電容器的電力反過來流向電源的手段。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，其特征在于，除了設(shè)置于變換器的直流側(cè)的平滑用的所述電容器以外，在太陽能電池的輸出側(cè)還設(shè)置具有吸收其瞬時輸出電力的能力的電容量的電力電容器，設(shè)置將該電力電容器的電力變換為能夠注入所述平滑電容器的電力狀態(tài)的電力變換手段。附圖概述

圖1是本發(fā)明實施形態(tài)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是說明圖1的變換器系統(tǒng)的動作的流程圖。
圖3是說明從太陽能電池取出最大瞬時電力的方法的說明圖。
圖4是說明太陽能電池系統(tǒng)進行的處理的流程圖。
圖5是圖1的變換器控制裝置的控制方框圖。
圖6是圖1的逆變器控制裝置的控制方框圖。
圖7是用一臺變換器向多個電梯系統(tǒng)提供太陽能電池的能量的實施例。
圖8是說明圖7的電源系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的處理流程圖。
圖9分別表示對多臺電梯的驅(qū)動系統(tǒng)提供太陽能電池的能量的實施例。本發(fā)明的最佳實施方式在太陽能電池的輸出端子上，具有能夠貯存瞬時能量的大電容量電力電容器那樣的瞬時電力貯存手段。
其次，還具備檢測該電力電容器的輸出電壓和太陽能電池的輸出電流的輸出電壓及輸出電流檢測手段，設(shè)置根據(jù)檢測出的輸出電壓和輸出電流的乘積計算該時刻太陽能電池所產(chǎn)生的瞬時電力，并求得能夠隨時從太陽能電池引出最大電力的條件的太陽能電池瞬時功率運算手段。
而且，還具備判斷太陽能電池的發(fā)電情況的太陽能電池發(fā)電情況判斷手段，以及求出上述瞬時電力貯存手段現(xiàn)在貯存著多少能量(電能)，并判斷該能量是否達到能夠用作電梯的應(yīng)急電源的程度的太陽能電池能量貯存量判斷手段。
以上是用于能夠貯存太陽能電池的能量，并最大限度地利用太陽能電池的能量的手段。
為了將上述瞬時電力貯存手段貯存的能量注入變換器輸出側(cè)附加的平滑電容器，具備如下所述的手段。
即，上述瞬時電力貯存手段，在本申請中，是大電容量的電力電容器，不同于通常的電容器，具有數(shù)法拉以上的電容量，在低電壓(數(shù)十伏特左右)能夠流過大電流(數(shù)十安培)的大電容量的電力電容器。這種電容器能夠吸收瞬時電力，而且在電梯所耐用的年數(shù)內(nèi)幾乎不隨時間變化。
通常，太陽能電池不是單個的電池構(gòu)成的，而是多個電池做成模塊構(gòu)成的。從而，由于太陽能電池是電池單元任意組合構(gòu)成的，所以能夠得到各種數(shù)值的輸出電壓。而且由于電池單元的電壓非常小，所以即使做成模塊，太陽能電池的輸出電壓也比較低，大約為數(shù)十伏特。
另一方面，上述瞬時電力貯存手段必需是具有能夠貯存與蓄電池相當(dāng)?shù)拇箅娏Φ哪芰Φ拇箅娙萜?、即具有?shù)法拉以上的電容量。這樣的電力電容器在特性上要達到高耐壓是困難的，具有低壓、大電容量的特性?，F(xiàn)在，作為這種電容器可以使用雙電層電容器。
具有大電容量的電力電容器與太陽能電池兩者在特性上有一個共同性，就是具有比較低的低壓，相互連接容易，所以可以用作瞬時電力貯存手段。
這樣構(gòu)成的結(jié)果是，太陽能電池模塊的電壓與上述瞬時電力貯存手段的輸出電壓大致相同，比上述變換器輸出側(cè)的平滑電容器的電壓低。因此為了使得太陽能電池產(chǎn)生的、貯存于該瞬時電力貯存手段的瞬時能量能夠不斷地注入平滑電容器，必須將瞬時電力貯存手段的輸出電壓電平放大，使其高于平滑電容器的輸出電壓。為此，上述瞬時電力貯存手段的輸出側(cè)具備升壓手段。
又，平滑電容器的電壓由于電梯的加減速運行狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)、工業(yè)電源的變動等原因而不斷地改變著。為了能夠使瞬時能量經(jīng)常持續(xù)地流入平滑電容器而與這樣的平滑電容器的輸出電壓的變動無關(guān)，必須在這一升壓手段的輸出側(cè)設(shè)置將平滑電容器及升壓手段隔離的手段(反向流動防止手段)，以使得無論在什么情況下也不會發(fā)生從平滑電容器一側(cè)到升壓手段一側(cè)的能量反向流動。對這種隔離手段有各種考慮，而二極管是最簡單、但卻是有效的手段。利用附加這種隔離手段的方法，使用升壓手段時，只要將該電壓放大得總是大于平滑電容器的電壓電平，太陽能電池產(chǎn)生的瞬時能量就會自然地單向流入平滑電容器貯存。
而利用這樣的動作，平滑電容器的電壓一旦被提高到預(yù)定的(升壓手段能夠放大的)電壓，升壓手段的動作就自然停止。
一旦達到這樣的狀態(tài)，變換器就動作，使太陽能電池產(chǎn)生的能量回到工業(yè)電源一側(cè)，因此，太陽能電池的能量反向流動到電源一側(cè)。而且在升壓手段停止工作的時間里太陽能電池產(chǎn)生的瞬時能量也不斷地貯存到上述瞬時電力貯存手段中。
上述升壓手段只是單方向地向平滑電容器注入能量。另一方面，變換器只是對平滑電容器的電壓進行監(jiān)視而與這樣的升壓手段的動作無關(guān)，能夠自由地將從太陽能電池得到的能量提供給負(fù)載側(cè)，或是回饋(反方向流動)給工業(yè)電源一側(cè)，因此沒有必要設(shè)置像以往那樣的蓄電池。
還有，為了能夠?qū)⑻柲茈姵刈鳛閼?yīng)急電源使用，如上所述，不是使太陽能電池產(chǎn)生的能量隨時任意流入平滑電容器，而是對能量的注入設(shè)置一定的限制。
亦即，是否從上述升壓手段向平滑電容器注入能量的條件是設(shè)置太陽能電池發(fā)電狀況判斷手段及太陽能電池能量貯存量判斷手段，并根據(jù)這些手段決定的?？傊?，由太陽能電池發(fā)電狀況判斷手段及太陽能電池能量貯存量判斷手段判斷在瞬時電力貯存手段中是否經(jīng)常確保有作為應(yīng)急電源的能量。檢查在瞬時電力貯存手段中是否貯存著在停電時能夠使電梯移動到就近的樓層的能量。檢查的結(jié)果表明為否定的情況下，則在瞬時電力貯存手段貯存有能夠作為應(yīng)急電源的能量之前停止從所述升壓手段向平滑電容器注入能量的動作。
由于這一動作，在瞬時電力貯存手段經(jīng)常貯存著應(yīng)急用的能量，就不再需要以往作為應(yīng)急電源裝備的蓄電池。
下面對控制具有上述特性的升壓手段所必需的控制手段加以說明。
太陽能電池的輸出特性(電壓-電流特性)時時刻刻隨著照射在太陽能電池上的日照量而改變。因此，首先，上述升壓手段即使太陽能電池的輸出這樣變動也要能夠穩(wěn)定地且與該時刻的日照量對應(yīng)的最高的效率取出太陽能電池產(chǎn)生的能量，向上述平滑電容器注入太陽能電池的能量。
為此，上述升壓手段具備檢測太陽能電池的輸出電流的電流傳感器以及檢測瞬時電力貯存手段所輸出的電壓的電壓傳感器，對上述太陽能電池的發(fā)電狀況判斷手段、太陽能電池能量貯存量判斷手段及太陽能電池瞬時輸出功率運算手段，電流指令運算手段、電流控制手段、導(dǎo)通率運算手段等手段，利用計算機通過軟件處理加以執(zhí)行。
太陽能電池的發(fā)電狀況判斷手段具有判斷日照量時時刻刻變化的太陽能電池的發(fā)電狀況的功能，如果判斷為太陽能電池進行了超過規(guī)定的發(fā)電，而且太陽能電池能量貯存量判斷手段的判斷認(rèn)為瞬時電力貯存手段確保有應(yīng)急用的能量，則通過上述升壓手段向平滑電容器一側(cè)注入能量。
還有，在從太陽能電池的發(fā)電狀況了解到發(fā)電能力在規(guī)定水平以下時，全面停止向平滑電容器注入能量，只向上述瞬時電力貯存手段貯存能量。其結(jié)果是，所貯存的能量在太陽能電池沒有能力發(fā)電時、例如夜間、雨天等情況下被用作應(yīng)急電源的能量。
上述向平滑電容器注入太陽能電池的能量的操作具有如下所述的過程。
首先，利用上述太陽能電池瞬時輸出功率運算手段，為了與日照量無關(guān)、并經(jīng)常能夠最大限度地取出太陽能電池的能量而決定從太陽能電池取出的輸出電流的條件、即電流指令。也就是利用上述太陽能電池瞬時輸出功率運算手段根據(jù)太陽能電池的輸出電流和瞬時電力貯存手段輸出的電壓求現(xiàn)時刻的瞬時功率。然后根據(jù)瞬時功率的時間變動分量的符號(極性)探索使最大瞬時功率發(fā)生的條件，將該結(jié)果傳送到上述電流指令運算手段，電流指令手段決定現(xiàn)時刻的最合適的電流指令。電流控制手段進行工作，使太陽能電池的輸出電流與電流指令一致，決定對開關(guān)手段進行控制用的操作量。
導(dǎo)通率運算手段根據(jù)操作量決定導(dǎo)通率，控制開關(guān)手段的導(dǎo)通角，向平滑電容器注入能量。
這樣，太陽能電池經(jīng)常以最高的效率產(chǎn)生的能量在瞬時向平滑電容器移動。由于是利用從電容器到電容器的移動進行，這種能量的移動從原理上說沒有損失。
就這樣，太陽能電池產(chǎn)生的能量不停地貯存于平滑電容器。然后貯存于平滑電容器的能量可以利用變換器自由選擇是在電源側(cè)再生或是在負(fù)載側(cè)利用。因此可以省去以往需要的蓄電池。
又，在利用變換器、逆變器的驅(qū)動系統(tǒng)起動時，如果使上述升壓手段動作，使用太陽能電池的能量對平滑電容器進行初始(預(yù)備)充電，則能夠防止像在變換器、逆變器系統(tǒng)中在電源接通時能夠看到的那樣的流向平滑電容器的沖擊電流發(fā)生。結(jié)果，能夠得到使變換器快速而且安全動作的狀態(tài)。
圖1表示本發(fā)明的實施例，該實施例具備本身也能夠?qū)p速時的剩余能量進行電源變換的變換器，在利用逆變器將該變換器的輸出電壓(直流電壓)變換為可變電壓、可變頻率的交流電以驅(qū)動電梯的裝置中具備太陽能電池，能夠?qū)⑵淠芰孔鳛轵?qū)動能源及應(yīng)急電源，還使剩余電源向電源一側(cè)回饋(反向流動)。
首先對圖1的結(jié)構(gòu)和回路動作加以說明。
圖1是表示與三相電源繼續(xù)電力互相傳輸?shù)那闆r，但是當(dāng)然也可能是與單相電源繼續(xù)電力互相傳輸?shù)那闆r。在這種情況下，只是將本實施例中后面所述的變壓器及變換器的結(jié)構(gòu)變成單相電源用的變壓器及變換器，并沒有改變發(fā)明的任何本質(zhì)性的東西，因此，不用說也能夠適用于單相電源系統(tǒng)，所以省略這種情況下的說明，在本實施例中只是對與三相電源系統(tǒng)的電力互相傳輸?shù)那闆r進行說明。
從建筑物內(nèi)布線的系統(tǒng)電源10向配電盤(未圖示)引入規(guī)定的電源。在該配電盤上，顯示消耗來自系統(tǒng)電源的能量的電力累積值(kWh，即千瓦小時)的消耗電度表20的輸入側(cè)及顯示回饋給系統(tǒng)電源10的電力的累積值(kWh)的買電用電度表30的輸出側(cè)連接于系統(tǒng)電源10。
又，消耗電度表20的輸出側(cè)及買電用電度表30的輸入側(cè)連接于上述接觸器31、32、33的輸入端子上，該接觸器31、32、33的輸出端子連接于變壓器40的初級側(cè)。上述接觸器切斷信號從下述變換器控制器150及逆變器控制器160發(fā)出。該切斷信號在變換器、逆變器方面發(fā)生故障、系統(tǒng)電源10短暫斷電等非常狀態(tài)發(fā)生在電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的情況下從上述控制器150、160輸出。
這里，變壓器40是為了將消耗電度表20、買電用電度表30及系統(tǒng)電源10與電梯驅(qū)動系統(tǒng)一方電氣隔離而設(shè)置的。該變壓器40使用屏蔽結(jié)構(gòu)的變壓器，使得由于連接于變壓器40的次級側(cè)的變換器70的動作而產(chǎn)生的大量高次諧波分量不會泄漏到變壓器40的初級側(cè)、即系統(tǒng)電源10。采取這樣的措施，可以使系統(tǒng)電源10(接觸器31、32、33)與變換器70隔離，而且能夠消除高次諧波電流泄漏的情況，能夠防止接觸器31、32、33的誤動作。
在變壓器40的次級側(cè)連接著變換器70。為了將功率因素控制于1需要在該變壓器40與變換器70之間有交流電抗器，但是本實施例中省略。還有，也可以采取在變壓器40中包含這種電抗器的結(jié)構(gòu)。
變換器706是6個橋臂以功率晶體管、IGBT(絕緣柵晶體管)等內(nèi)藏續(xù)流二極管的功率開關(guān)元件等構(gòu)成的通常使用的電力變換器，對其結(jié)構(gòu)的詳細(xì)情況的說明省略。
該變換器70由變換器控制器150控制。該變換器控制器使用電壓傳感器50從變壓器的次級側(cè)檢測出的電源電壓及電流傳感器61、62、63檢測出的電源電流、以及平滑電容器的電壓檢測器81檢測出的平滑電容器的電壓，通過對變換器內(nèi)的功率開關(guān)元件的控制使該電源電流相位與電源電壓相位一致，由上述控制器150執(zhí)行使功率因素為1的控制。關(guān)于這種控制將在下面進行說明。
平滑電容器80連接于變換器70的輸出端子及PWM逆變器90的輸入端子上，利用變換器70從交流電壓變換為直流電壓的電壓利用該平滑電容器80變成平滑的直流電壓，這一直流電壓利用PWM逆變器90變換為可變電壓、可變頻率的交流電壓。
該PWM逆變器90連接于感應(yīng)電動機110，該可變電壓、可變頻率的交流電壓提供給該感應(yīng)電動機110，利用該交流電源變速驅(qū)動該感應(yīng)電動機110。
該感應(yīng)電動機110的變速控制由逆變器控制器160執(zhí)行。在執(zhí)行這一控制時，該逆變器控制器160利用電流傳感器101、102、103取入流入該感應(yīng)電動機110的初級繞組的三相交流電流，以及利用連接于該感應(yīng)電動機110的轉(zhuǎn)子上的速度檢測器104取入與該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率成正比發(fā)生的脈沖。
在上述逆變器160，使用該取入的脈沖計算該感應(yīng)電動機110的轉(zhuǎn)速。使用這樣計算出的轉(zhuǎn)速構(gòu)成速度控制系統(tǒng)。該速度控制系統(tǒng)的速度指令是考慮乘電梯有良好的感覺而決定的速度指令。從速度控制系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩指令或轉(zhuǎn)差頻率，根據(jù)該數(shù)值進行矢量控制運算。利用矢量運算求出勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，從該電流產(chǎn)生成為應(yīng)該流入上述感應(yīng)電動機110的初級繞組的初級電流基準(zhǔn)的初級電流指令。
按照使該初級電流跟蹤該初級電流指令的要求構(gòu)成電流控制系統(tǒng)。由該電流控制系統(tǒng)產(chǎn)生成為在PWM逆變器90產(chǎn)生的電壓基準(zhǔn)的調(diào)制波，該調(diào)制波與載波(三角波)比較，得到PWM信號，該PWM信號加在構(gòu)成PWM逆變器90的6個功率開關(guān)元件的柵極上。
利用這樣的操作從感應(yīng)電動機110產(chǎn)生能夠使其跟蹤電梯的速度指令的轉(zhuǎn)矩。上述控制手法將在下面加以說明。
在感應(yīng)電動機110產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，通過直接連結(jié)于該感應(yīng)電動機110的轉(zhuǎn)子的齒輪(未圖示)傳遞到曳引輪120，使卷繞在該滑輪上的纜繩的兩端上連接著的電梯轎廂140和作為該電梯轎廂的平衡重物的平衡對重錘130上升或下降。
在通常的電梯系統(tǒng)中，將從系統(tǒng)電源10得到的工業(yè)電源通過變換器70及PWM逆變器90變換為交流的可變頻率的交流電源，得到必要的電力，利用由感應(yīng)電動機110產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使該電梯轎廂140上升或下降。
本實施例的特征在于，在上述變換器70的輸出側(cè)安裝的平滑電容器80注入用太陽能電池產(chǎn)生的瞬時能量。
下面對向平滑電容器80注入太陽能電池產(chǎn)生的瞬時能量的結(jié)構(gòu)加以說明。
太陽能電池模塊170安裝于室外的最能夠照射到太陽光的位置上?，F(xiàn)在的情況下太陽能電池模塊70產(chǎn)生的30伏特左右的電壓是比較低的。將多個電池單元組合構(gòu)成模塊能夠得到更高的電壓。這時太陽能電池的尺寸變大，預(yù)料今后太陽能電池的特性將得到改善，電池單元的電壓將會增大，但充其量達到這一電壓數(shù)值的數(shù)倍。
因此，無論如何太陽能電池模塊170產(chǎn)生的輸出電壓，與在三相的工業(yè)電源的情況下以與變換器70內(nèi)的功率開關(guān)元件反并聯(lián)的續(xù)流二極管構(gòu)成的整流電路將例如200伏特的該三相交流電壓整流得到的直流電壓(在平滑電容器80的端子產(chǎn)生300V左右的直流電壓)相比很小，約為1/10。在達到上述整流電壓后變換器70開始可能動作。
因此，在本發(fā)明的實施例中該平滑電容器的端子電壓與從太陽能電池模塊170得到的輸出電壓有數(shù)倍以上的差，為了使太陽能電池模塊170產(chǎn)生的瞬時能量經(jīng)常流入該平滑電容器一側(cè)，必須將太陽能電池模塊170的輸出電壓放大到上述整流電壓以上的大小。因此太陽能電池模塊170的輸出側(cè)具備升壓手段400。
然后，在升壓手段400與平滑電容器80之間設(shè)置隔離手段200，使得太陽能電池模塊170產(chǎn)生的瞬時能量一旦被注入平滑電容器80，不會從該平滑電容器80向太陽能電池模塊170一方反向流動。
該平滑電容器80的電壓由于系統(tǒng)電源10的變動以及電梯加減速運行時與平滑電容器80的能量互相傳輸而不斷變動，當(dāng)由于這一變動使平滑電容器80的電壓短時間比升壓手段400的輸出電壓要高時，理應(yīng)注入的太陽能電池模塊170所產(chǎn)生的瞬時能量恐怕會從平滑電容器80一方反向流動流向升壓手段400一方。上述隔離手段200是阻止這樣的狀態(tài)發(fā)生，能夠經(jīng)常有效地充分利用太陽能電池的能量所需要的手段。
通過設(shè)置該隔離手段200，升壓手段400可以單方向地將太陽能電池170所產(chǎn)生的瞬時能量持續(xù)地注入平滑電容器80。
作為最簡單的隔離手段有二極管，這里表示以二極管211隔離的情況。當(dāng)然，此外還可以使用隔離放大器進行隔離。
利用上面所述的太陽能電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，太陽能電池模塊170得到的能量經(jīng)常貯存于平滑電容器中。該能量的利用由變換器70決定。亦即在平滑電容器的電壓處于比將系統(tǒng)電源10的電壓整流得到的電壓還高的規(guī)定的電壓值范圍內(nèi)之前，從太陽光得到的能量被提供給負(fù)載側(cè)，被利用作為電動機驅(qū)動用的電源。
如果達到該規(guī)定的電壓值以上，變換器70就使平滑電容器貯存的能量反向流向系統(tǒng)電源，直到平滑電容器的電壓進入該規(guī)定的電壓值。反向流動的電力由買電用的電度表30累計，由供電業(yè)者購買。
因此，用戶根據(jù)電度表20與該買電用的電度表30的差額向上述供電業(yè)者支付電費。
如上所述可知，利用本申請的結(jié)構(gòu)從太陽光得到的能量或反向流向系統(tǒng)電源10，或提供給負(fù)載側(cè)作為動力源使用，由于是以這樣的方式利用，就不需要以前那樣的將太陽能電池產(chǎn)生的能量暫時貯存的蓄電池了。
在太陽能電池模塊170的輸出側(cè)附加有貯存現(xiàn)在產(chǎn)生的瞬時電力的瞬時電力貯存手段。
這里，瞬時電力貯存手段使用低壓、大電容量的電力電容器180。
為了貯存太陽能電池產(chǎn)生的瞬時電力，該電容器100需要使用數(shù)法拉以上的、能夠流過數(shù)十安培以上電流的大電容量的電力電容器。這是為了能夠不間斷地貯存因日照量而時時刻刻變動的瞬時電力。通常，這種大電容量的電力電容器難于做成高耐壓的，而只是低壓的。例如，這樣的電容器有雙電層電容器。
另一方面，由于太陽能電池模塊的電壓比較低，因此該太陽能電池模塊與大電容量的電力電容器很容易連接。該大電容量的電力電容器180的輸出電壓被輸入至該升壓手段400。
下面對上述升壓手段400的結(jié)構(gòu)加以說明。
該大電容量的電力電容器180的輸出端子連接于電流傳感器180一個端子上，而該電流傳感器180的另一端子連接于電抗器190。該電抗器190的另一端子連接于開關(guān)手段300的端子上。該開關(guān)手段300使用IGBT(柵極絕緣型晶體管)、功率MOSFET等高速功率開關(guān)元件，從而通常能夠進行10kHz以上的開關(guān)動作。
上述開關(guān)手段300的與電抗器190連接的端子連接于二極管210的陽極，該陽極端子連接于平滑電容器310的端子上。該平滑電容器310的另一端子分別連接于該開關(guān)手段300的另一端子及大電容量的電力電容器180的另一端子上。
具有如上所述結(jié)構(gòu)的升壓手段400由下述控制手段進行控制，這種控制由微電腦執(zhí)行。
具備太陽能電池的發(fā)電狀況判斷手段401、太陽能電池能量貯存量判斷手段402、太陽能電池瞬時輸出功率運算手段410、電流指令運算手段420、電流控制手段440、導(dǎo)通率運算手段450。
首先，太陽能電池的發(fā)電狀況判斷手段401利用電流傳感器300檢測出太陽能電池模塊170的輸出電流，在該檢測出的電流小于規(guī)定值的情況下，將開關(guān)停止信號發(fā)送到導(dǎo)通率運算手段450，小導(dǎo)通角使開關(guān)手段300停止動作。
這是因為判斷為在這樣的狀態(tài)下，太陽能電池模塊170沒有發(fā)電能力，不能夠利用升壓動作向平滑電容器80注入能量。即使是在這種情況下也不一定完全不發(fā)電。
因此，為了能夠不間斷地利用太陽能電池產(chǎn)生的能量，只要是太陽能電池發(fā)電，就繼續(xù)貯存于大電容量的電力電容器180。這樣做能夠不間斷地貯存太陽能電池產(chǎn)生的能量。
這樣貯存的能量能夠作為應(yīng)急電源使用。日照量的特點是從早上到中午逐漸增加，到下午又逐漸減少。其結(jié)果是一天當(dāng)中必然有發(fā)電能力低的時候，在經(jīng)常實行向大電容量的電力電容器180貯存作為應(yīng)急電源使用的電能后，就要進行向平滑電容器81注入能量的動作。亦即經(jīng)常確保作為應(yīng)急電源使用的能量。
因此，本方式具有這樣的特長，就是在大電容量的電力電容器180中確保作為應(yīng)急電源使用的能量之后向平滑電容器81注入能量，因此即使在系統(tǒng)電源10停電的情況下也能夠利用大電容量的電力電容器180貯存的能量。而且太陽能電池發(fā)電狀況判斷手段401判斷的結(jié)果作為發(fā)電狀況判斷信號被傳送到變換器控制器150。根據(jù)該發(fā)電狀況判斷信號對決定平滑電容器80的電壓的大小的電壓指令值進行調(diào)整。亦即在沒有注入太陽能電池來的能量時，使該電壓指令值增加，以補充系統(tǒng)電源10來的能量，反之在注入太陽能電池來的能量時將該電壓指令值降低，使得反向流動容易進行。
太陽能電池能量貯存量判斷手段402根據(jù)電流傳感器300檢測出的電流Is和電壓傳感器301檢測出的電壓Es的積(Is×Es)求太陽能電池在該時刻產(chǎn)生的瞬時能量Ps。還可以求出大電容量的電力電容器180在該時刻貯存的能量P(＝CEs2/2，C為電容量，單位法拉)。這是為了判斷作為應(yīng)急電源是否能夠確保最低限度的能量。即，如果判斷為大電容量的電力電容器180未能確保最低限度的能量，則將開關(guān)停止信號傳送到導(dǎo)通率運算手段450，使上述升壓手段400停止動作，停止向安裝在變換器70的輸出端的平滑電容器80注入太陽能電池的能量的動作。
利用這一操作，由于將太陽能電池產(chǎn)生的能量全部貯存于該大電容量的電力電容器180，因此確保了作為應(yīng)急電源使用的最低限度的能量。這里所謂最低限度的能量是指能夠?qū)㈦娞菀苿拥骄徒臉菍拥哪芰俊?br> 上述太陽能電池能量貯存量判斷手段402除了傳送上述開關(guān)停止信號以外，為了知道貯存的能量的信息，還將貯存量檢測信號發(fā)送到變換器控制器150。
借助于此，該變換器控制器150能夠經(jīng)常掌握作為應(yīng)急電源能夠使用的能量。
下面對太陽能電池瞬時輸出功率Ps運算手段410的動作加以說明。這是為了不管日照量如何，總是能夠以最高的效率從太陽能電池模塊170取出能量注入平滑電容器80的手段。
如上所述，以電流傳感器300檢測從太陽能電池模塊170流出的電流，以電壓傳感器301檢測大電容量的電力電容器180的端子電壓，由太陽能電池瞬時輸出功率Ps運算手段410根據(jù)這些傳感器檢測出的電流Is及電壓Es的乘積Is×Es求該時刻太陽能電池所產(chǎn)生的瞬時輸出功率Ps。
該手段求出該瞬時輸出功率Ps及該Ps的微分dPs/dt，其符號(dPs/dt≤0，dPs/dt＞0)也輸入電流指令運算手段420。
根據(jù)該符號決定該瞬時輸出功率Ps的最大值。
電流指令運算手段420根據(jù)太陽能電池瞬時輸出功率Ps運算手段410來的信息求能夠以最高的效率取出能量的電流指令值。而該電流指令值是作為太陽能電池模塊170的負(fù)載電流的指令值。
在上述微分的符號為正號的情況下，使電流指令值的大小I1與瞬時輸出功率Ps成正比(∝Ps)增加。反之，在為負(fù)號或0的情況下使其停止增加。
I1＝k×Ps(其中k為比例常數(shù))(1)IR＝I1/(1＋T1×s) (2)亦即，電流指令運算手段420根據(jù)式(1)使電流的大小相應(yīng)于瞬時輸出功率的Ps大小而增加，時間常數(shù)T1的數(shù)值對應(yīng)于使用的太陽能電池的輸出響應(yīng)時間常數(shù)決定。亦即該常數(shù)T1根據(jù)太陽光入射時的輸出功率的響應(yīng)特性決定。
這是因為如果不跟蹤該響應(yīng)特性產(chǎn)生電流指令，則不能穩(wěn)定取出太陽能電池模塊170產(chǎn)生的瞬時輸出功率。因此，該時間常數(shù)T1選擇為比瞬時輸出功率的響應(yīng)慢的數(shù)值(通常是比該瞬時輸出功率的響應(yīng)時間常數(shù)大3～5倍的數(shù)值)。
上述式(1)和式(2)的運算處理是如上所述根據(jù)瞬時輸出功率Ps隨時間的變化一邊搜索該Ps的最大值一邊決定電流指令值，使瞬時輸出功率Ps能夠經(jīng)常最大限度地取出。其詳細(xì)情況將在下面敘述。
電流控制手段440進行控制，使電流傳感器180檢測出的大電容量的電力電容器180的輸出電流跟蹤從上述電流指令運算手段420得到的電流指令。該電流控制手段440用PI(比例＋積分)校正器構(gòu)成。從該校正器輸出的信號被引入導(dǎo)通率運算手段450。
在該導(dǎo)通率運算手段450，產(chǎn)生具有與上述電流控制手段440輸出的信號大小成正比的導(dǎo)通率(脈沖寬度)的脈沖信號(PWM信號)，加到開關(guān)手段300。開關(guān)手段300接通時，大電容量的電力電容器180貯存的能量產(chǎn)生電流在電抗器190、開關(guān)手段300、大電容量的電力電容器180的回路內(nèi)流動，能量貯存于電抗器190。
一旦開關(guān)手段300斷開，電抗器190中貯存的能量產(chǎn)生電流通過大電容量的電力電容器180、電抗器190、二極管210、平滑電容器310、大電容量的電力電容器180的回路流動，能量貯存于平滑電容器310。
這樣利用開關(guān)手段300反復(fù)進行接通、斷開的動作，由于太陽能電池模塊貯存的能量被貯存于平滑電容器310，因此該平滑電容器310的端子電壓上升。結(jié)果，在該平滑電容器310的端子電壓增加得比平滑電容器80的端子電壓高的時候，太陽能電池的能量注入平滑電容器80。借助于該注入動作，太陽能電池的能量向變換器70、PWM逆變器90一方移動。
反復(fù)進行這樣的注入操作，平滑電容器80的電壓將不斷上升。
盡管有這樣的能量注入，該平滑電容器80的電壓從工業(yè)電源經(jīng)過二極管整流得到的值進入規(guī)定值(通常，該值是以根據(jù)構(gòu)成PWM逆變器90的開關(guān)元件的耐壓決定的值為依據(jù)決定的)的范圍的情況是在負(fù)載側(cè)注入的能量得到有效利用的情況。
即，在這種情況下注入平滑電容器80的能量由PWM變換器90變換為可變頻率、可變電壓的交流電源，向電動機110提供電力產(chǎn)生驅(qū)動力用作使電梯轎廂升降的能量。
另一方面，如果上述平滑電容器的電壓高于規(guī)定的電壓值，則負(fù)載側(cè)不需要與注入動作相抵消的能量。在這種情況下，變換器70將剩余能量回饋給電源系統(tǒng)10。這時回饋的能量由買電用電度表30累計。
當(dāng)然，該回饋的能量還包含由于電梯轎廂140上下運動而使電動機110再生，反饋給平滑電容器80，使該平滑電容器80的電壓上升得比上述規(guī)定值高的部分。
總之，該返還的能量是該再生的能量與由太陽能電池注入的能量一起返還給電源系統(tǒng)10的。
圖2是對如上所述的由太陽能電池注入能量的動作以及利用負(fù)載側(cè)的逆變器進行的、由于電動機驅(qū)動引起的平滑電容器的電壓變動進行管理的方法的加以綜合的流程圖。
首先從變換器、逆變器系統(tǒng)的起動開始說明。
在變換器起動之前，接觸器31、32、33處于斷開狀態(tài)。變換器一起動，并沒有將接觸器31、32、33接通，首先以處理500檢查PWM逆變器的輸入電壓(平滑電容器80的電壓)是否比將工業(yè)電源全波整流的值(規(guī)定值)大。
其結(jié)果表明上述規(guī)定值得到確保的情況下，將上述接觸器31、32、33接通，與工業(yè)電源連接。這時，由于已經(jīng)在平滑電容器30貯存著將工業(yè)電源全波整流的值，因此來自工業(yè)電源的對該平滑電容器30的沖擊電流不會損傷變換器內(nèi)的二極管。
另一方面，在平滑電容器的電壓低于所述規(guī)定值時，使用太陽能電池產(chǎn)生的能量充電。為了進行這一處理，首先在處理510判斷太陽能電池的發(fā)電情況。
如果判斷為太陽能電池沒有在發(fā)電，則這時從工業(yè)電源得到能量，通過處理531、520對平滑電容器80進行充電。
如果判斷為太陽能電池正在發(fā)電，則檢查是否在大電容量的電力電容器180貯存著能夠?qū)⑵交娙萜?0充電到規(guī)定值的能量。
在大電容量的電力電容器180中確保有能量的情況下，執(zhí)行處理542、570。這時，使升壓手段400動作直到平滑電容器80的電壓達到上述規(guī)定值為止，將太陽能電池的能量注入該平滑電容器80。
在大電容量的電力電容器180中未確保有能量的情況下，執(zhí)行上述處理531、520，從工業(yè)電源向平滑電容器80充電。這樣的狀態(tài)出現(xiàn)在例如早上和傍晚日照量少、還沒有在大電容量的電力電容器180充分貯存能量時起動電梯那樣的情況下。
從上面所述可知，在太陽能電池處于發(fā)電狀態(tài)及大電容量的電力電容器180充分貯存能量的情況下，在將太陽能電池的能量注入平滑電容器80之后將接觸器31、32、33接通，使工業(yè)電源與變換器70連接。
另一方面，在太陽能電池沒有發(fā)電以及即使發(fā)電也未能在大電容量的電力電容器180貯存充分的能量到足以使平滑電容器的電壓上升到全波整流的電壓值時，要從工業(yè)電源得到能量充電，并使變換器70能夠動作。
上述平滑電容器80的充電處理一旦結(jié)束，就進行變換器70的控制。關(guān)于這一控制這里只說明其概要，詳細(xì)說明將在后面進行。
在處理533，利用變換器70的變換器控制器150根據(jù)電壓傳感器50得到的電壓及平滑電容器80的電壓的大小判斷系統(tǒng)電源是否存在異常。也就是說，在電壓傳感器50檢測出的三相交流電壓值降低到0乃至于異常低的情況下，或是平滑電容器的電壓低于規(guī)定值的情況下判斷為系統(tǒng)電源10發(fā)生異常，執(zhí)行處理532、535。
在這種情況下，切斷變換器的柵極信號，停止變換器的動作，將接觸器31、32、33斷開，使變換器與系統(tǒng)電源10分離。然后，向太陽能電池系統(tǒng)傳送開關(guān)動作信號，使升壓手段400動作。
這樣的狀態(tài)被認(rèn)為是非常狀態(tài)，不管太陽能電池的發(fā)電狀態(tài)如何，使用在大電容量的電力電容器180中保持的能量作為應(yīng)急使用的能量使電梯移動到就近的樓層，在鎖定電梯轎廂加以固定之后，切斷逆變器的柵極信號。利用處理533，在系統(tǒng)電源10沒有異常的情況下，執(zhí)行處理550、560、590。即，在處理550進行控制使平滑電容器的電壓為變換器控制器150所指定的電壓指令所規(guī)定的值。
還有，這時從太陽能電池注入能量的動作只要滿足上述條件(詳細(xì)情況將在后面說明)即可，與變換器的控制無關(guān)。
在處理560，只要比上述指令電壓低，可以從工業(yè)電源及太陽能電池兩方面向平滑電容器貯存能量，結(jié)果，在該平滑電容器貯存的能量將用作通過PWM逆變器90驅(qū)動電動機110的電力。
當(dāng)由于電動機110的加減速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生再生能量使平滑電容器的電壓高于上述指令電壓，就將剩余電力回饋給系統(tǒng)電源10。
即使不斷地從太陽能電池注入能量，也由于這樣的負(fù)載方的電力供應(yīng)及向系統(tǒng)電源回饋電力兩者都是由變換器控制進行，因此能夠供給符合負(fù)載方要求所希望的能量，也能夠在一旦能量有剩余時自動向系統(tǒng)電源回饋。因此不像以往那樣需要貯存能量的蓄電池。
下面敘述對太陽能電池系統(tǒng)的控制。
圖3表示根據(jù)日照量求太陽能電池模塊170產(chǎn)生的瞬時輸出功率Ps的最大值的方法。以瞬時輸出功率Ps隨時間的變化dPs/dt為依據(jù)判斷從太陽能電池模塊取出的輸出電流、輸出電壓，以電流指令運算手段420不斷決定電流指令值，使得即使日照量變化也能夠總是在該時刻達到最大值P1max、P2max……。
利用上述方法決定的電流指令，使得即使日照量變化也能夠從太陽能電池模塊得到最大輸出功率。
以上敘述的是著眼于瞬時輸出功率Ps隨時間的變化dPs/dt的方法作為從太陽能電池模塊170得到最大輸出功率的方法。
從圖3可知，取出最大功率的輸出電壓大致是一定的，是太陽能電池的固有特性。著眼于這一點，也可以以該輸出電壓作為指令取代上述電流指令構(gòu)成電壓控制系統(tǒng)，來控制升壓手段400內(nèi)的開關(guān)手段300的導(dǎo)通率，使大電容量的電力電容器180的輸出電壓跟蹤該電壓指令圖4表示太陽能電池系統(tǒng)的處理。
首先，處理460是判斷太陽能電池模塊的發(fā)電狀態(tài)的處理。
這是利用上述圖1的手段401、402進行的。由于太陽能電池模塊170的發(fā)電狀態(tài)隨日照量而變動，因此利用太陽能電池發(fā)電狀況判斷手段401及太陽能電池能量貯存量判斷手段402判斷其輸出電流是否在Imin以下，或是輸出功率是否在規(guī)定值(Pmin)以下。
如果判斷結(jié)果表明發(fā)生了上述某一種情況，就實行處理461。在這一處理中，檢查是否從控制器150傳送出開關(guān)動作信號，判斷系統(tǒng)電源10是否存在異常。
在判斷結(jié)果表明系統(tǒng)電源發(fā)生停電等異常的情況下，執(zhí)行處理463及464。首先，在這種情況下將上述開關(guān)動作信號傳送到升壓手段400內(nèi)的導(dǎo)通率運算手段450，執(zhí)行處理463。亦即起動升壓手段400，根據(jù)導(dǎo)通率運算手段450，開關(guān)手段300進行接通、切斷的動作，將在大電容量的電力電容器180貯存的作為應(yīng)急電源用的能量注入平滑電容器80。
而且將利用這一操作注入的能量使用于上述應(yīng)急的電梯驅(qū)動。
在根據(jù)處理461判斷為系統(tǒng)電源不存在異常的情況下，執(zhí)行處理462。在這種情況下，執(zhí)行如下動作，即判斷為太陽能電池處于不大發(fā)電的狀態(tài)，停止升壓手段400的動作，將太陽能電池發(fā)出的電能貯存于大電容量的電力電容器180，確保作為應(yīng)急電源的能量。
以上就是利用處理460判斷出太陽能電池發(fā)出的電能小于規(guī)定值的情況下的處理。
接著，在利用處理460判斷出太陽能電池發(fā)出大于規(guī)定值的電能的情況下，執(zhí)行處理464，利用升壓手段400將太陽能電池模塊170發(fā)出的能量注入平滑電容器80。
由以上的說明可知，太陽能電池所發(fā)生的能量不間斷地被利用。
太陽能電池的能量第1是作為應(yīng)急電源的能量，第2是作為提供給負(fù)載的能量使用，在用作第1、第2種能量以外有剩余的情況下，第3種用途是回饋給系統(tǒng)電源10。因此，具有能夠使太陽能電池的利用效率經(jīng)常保持最大，而且不需要像以往那樣使用蓄電池的效果。
圖5是表示以上說明的變換器控制系統(tǒng)的一實施例的方框圖。下面對其要點加以說明。
設(shè)定變換器的基準(zhǔn)電壓Ed*。該電壓是比將工業(yè)電源全波整流得到的值還要大的值，根據(jù)逆變器使用的功率元件的耐壓決定。由減法器157生成該基準(zhǔn)電壓Ed*與電壓傳感器81檢測出的平滑電容器80的電壓Ed的差值，該差值被輸入電壓控制手段151。
由該電壓控制手段151決定電源電流I*的大小，使平滑電容器80的電壓Ed與基準(zhǔn)電壓Ed*一致。該電源電流的大小I*被輸入至三相交流電流指令發(fā)生手段152。該三相交流電流指令發(fā)生手段152從電壓傳感器50檢測出的電源電壓求出其相位，產(chǎn)生該相位和上述電源電流的大小I*以及三相交流電流指令iu*、iv*、iw*(圖中只表示出U相的指令)。
用減法器158取差值，用三相電源電流控制手段153產(chǎn)生三相調(diào)制波Eu*、Ev*、Ew*，使電流傳感器61、62、63檢測出的三相交流電流(電源電流)與該三相交流電流指令一致。用三相調(diào)制波與載波的比較手段156將該三相調(diào)制波與載波發(fā)生手段155產(chǎn)生的載波(三角波)加以比較，產(chǎn)生三相PWM信號。
該三相PWM信號利用變換器70的柵極信號形成手段157生成加在變換器70的功率元件上的柵極信號，加在變換器70的功率元件的柵極上。
利用上述變換器控制，將上述平滑電容器80的電壓保持在其基準(zhǔn)電壓Ed*上。即，在平滑電容器80的電壓小于該基準(zhǔn)電壓Ed*時，電壓控制手段151工作，使得能夠一邊添加從太陽能電池注入的能量，一邊接受來自工業(yè)電源的能量供應(yīng)，補償在負(fù)載上消耗的能量，使平滑電容器的電壓增加，使得與該基準(zhǔn)電壓Ed*一致。
另一方面，一旦平滑電容器80的電壓高于該基準(zhǔn)電壓Ed*，電壓控制手段151就動作，將太陽能電池的能量及從負(fù)載方面再生的能量的總和作為剩余能量回饋給系統(tǒng)電源10，使平滑電容器80的電壓減少，以與該基準(zhǔn)電壓Ed*一致。不管對于哪一個動作，電源電流都是根據(jù)三相交流電流指令發(fā)生手段152決定的與電源電壓的相位一致的電源電流。即，是在功率因素為1的狀態(tài)下與系統(tǒng)電源進行電力的互相傳輸。此外，還具備電源異常檢測手段154，以便能夠應(yīng)付在系統(tǒng)電源10有異常的情況。電源異常是檢測平滑電容器電壓的異常下降(在缺相的情況下發(fā)生)，還根據(jù)電壓傳感器50檢測出的三相交流電源電壓的大小檢測出瞬時停電等電源異常。
利用電源異常檢測手段154進行判斷，一旦判斷為系統(tǒng)電源10有異常，為了保護變換器、逆變器，首先向變換器70傳送變換器柵極信號切斷信號，使變換器停止動作，將電源側(cè)的接觸器31、32、33斷開，使變換器70從系統(tǒng)電源10脫離。然后，也向逆變器控制器150傳送電源異常檢測信號，將該信號作為在逆變器一方利用平滑電容器80中貯存的能量使電梯移動到就近的樓層用的起動信號使用。
又一旦電源異常檢測手段154判斷為系統(tǒng)電源10有異常，就將開關(guān)動作信號傳送到升壓手段400，使該升壓手段400內(nèi)的開關(guān)手段300動作，開始向平滑電容器80注入太陽能電池的能量的動作。
這一操作在夜間等太陽能電池不發(fā)電的情況下是有效的。在太陽能電池像通常那樣發(fā)電的情況下，由于按照預(yù)定進行向平滑電容器80中注入太陽能電池的能量的動作，所以沒有什么問題。
因此，上述開關(guān)動作信號具有在夜間等太陽能電池不發(fā)電的情況下作為應(yīng)急電源使用，使大電容量的電力電容器180貯存的能量注入平滑電容器的意義。
圖6表示驅(qū)動PWM逆變器一側(cè)的電動機110的控制方框圖。
首先從通常的動作進行說明。由加速度指令曲線發(fā)生手段160b產(chǎn)生加速度指令α*。速度指令發(fā)生手段160c將該加速度指令α*積分，形成速度指令ωR。為了使該速度指令ωR與速度檢測器111檢測出的電動機的旋轉(zhuǎn)速度ωM一致，用減法器161a求出兩者的差值，速度控制手段160e動作，使該差值為0，決定轉(zhuǎn)矩指令τR。
為了使該轉(zhuǎn)矩指令τR與電動機110產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩τ一致，由加減法器161b求兩者的差值，用轉(zhuǎn)矩控制手段160f求使該差值為0的轉(zhuǎn)矩指令的操作量τ*。在這里，現(xiàn)在電動機110產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩τ可以利用轉(zhuǎn)矩運算手段160g從下式算出。
τ＝3×p×(M/Lr)×It×φ2(3)其中p為極對數(shù)，M為勵磁電感，Lr＝M＋l2，l2為次級漏電感，這里，轉(zhuǎn)矩電流It是電流傳感器101、102、103檢測出的交流的3相初級電流經(jīng)過在以逆變器角頻率ω1旋轉(zhuǎn)的γ-δ軸上進行的坐標(biāo)變換從勵磁電流/轉(zhuǎn)矩電流檢測手段160得到的數(shù)值。又，次級磁通φ2使用上述勵磁電流/轉(zhuǎn)矩電流檢測手段160得到的勵磁電流Im利用次級磁通運算手段160j從下式求出。
φ2＝M×Im/(1＋T2×s)(4)T2＝Lr/R2，T2為次級的時間常數(shù)接著，利用上述轉(zhuǎn)矩電流指令運算手段160h從下式求出轉(zhuǎn)矩電流指令I(lǐng)tR。
ItR＝k×τ*/φ2(5)其中，k＝Lr/(3×p×M)勵磁電流指令I(lǐng)mR相對于上述轉(zhuǎn)矩指令的操作量τ*根據(jù)比β決定，比β是由轉(zhuǎn)矩電流指令與勵磁電流指令的比的決定手段160i按照使電動機的效率達到最高的要求決定。該決定方法只要使用日本專利特愿平8-40916號所述的方法即可。其詳細(xì)說明省略。
為了使勵磁電流/轉(zhuǎn)矩電流檢測手段160得到的轉(zhuǎn)矩電流It及勵磁電流Im與上述操作決定的轉(zhuǎn)矩指令電流ItR及勵磁電流指令I(lǐng)mR一致，用減法器161c、161d求各電流差值，由轉(zhuǎn)矩電流控制手段160m、勵磁電流控制手段160l決定與各電流指令對應(yīng)的操作量Im*、It*，使該差值為0。
該電流指令的操作量Im*、It*使用逆變器的角頻率ω1，γ-δ軸上的初級側(cè)電壓指令Vγ*、Vδ*可以從非相干手段160o求出。這是使用上述日本專利特愿平8-40916號公開的方法求出的。
在這里，逆變器的角頻率ω1是在利用轉(zhuǎn)差頻率運算手段160n從式(6)求出轉(zhuǎn)差頻率ωs之后用加法器161e進行下式的加法運算求出。
ωs＝(M/T2)×ItR/φ2 (6)ω1＝ωs＋ωM (7)在PWM信號發(fā)生手段160p，從上述電壓指令Vγ*、Vδ*變換為三相的初級電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，得到調(diào)制波，利用與三角波(載波)的比較生成PWM信號，據(jù)此形成柵極信號。該柵極信號加在構(gòu)成PWM逆變器90的功率元件的柵極上，以此驅(qū)動電動機110。
利用這一連串的處理，使電動機高效率地產(chǎn)生跟隨加速度指令α*的轉(zhuǎn)矩。
以上是正常的電梯運行時的逆變器控制。
還有像圖5所示那樣，在系統(tǒng)電源10發(fā)生異常的情況下，對加速度指令α*進行修正。這是一旦逆變器控制器160內(nèi)的加速度修正手段160a從變換器控制器150接收到電源異常檢測信號，就利用載荷傳感器141了解到電梯轎廂內(nèi)的重量(包含電梯乘客)，求出與重錘130不平衡的部分的重量，計算使這一部分不平衡的重量移動1個樓層所需要的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
然后，在電梯加速時或恒速行駛時，一邊注意平滑電容器80的電壓一邊使加速度指令α*減少下去。在進行這樣控制的期間，再生能量回到平滑電容器。
因此，太陽能電池作為應(yīng)急電源貯存的能量使升壓手段400動作，與上述再生能量一起注入該平滑電容器。這樣做，經(jīng)常求出該平滑電容器貯存的能量，繼續(xù)進行使加速度指令α*減少的操作，直到電動機能夠產(chǎn)生該平滑電容器貯存的能量與上述負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡的轉(zhuǎn)矩。
然后，如果在該平滑電容器貯存了與上面所述相當(dāng)?shù)哪芰?，則使電梯以該速度移動一個樓層后使電梯停止。
當(dāng)然，在只用再生能量就能夠維持使電梯移動到就近的樓層的情況下，就沒有必要使用太陽能電池在大電容量的電力電容器180貯存的應(yīng)急使用的能量。
在這里，如上所述在大電容量的電力電容器180經(jīng)常為應(yīng)急作準(zhǔn)備，貯存著使電梯在最大負(fù)載的狀態(tài)下移動一個樓層所需要的能量，因此即使在不能利用再生能量時也能夠在應(yīng)急時使電梯移動到就近的樓層。
在本實施例中，將全部能量貯存于變換器輸出側(cè)的平滑電容量中，判斷該平滑電容器的電壓是否在上述規(guī)定值內(nèi)，一邊判斷是將電力輸送到負(fù)載側(cè)還是將電力回饋給電源系統(tǒng)側(cè)，一邊控制能量的流動。因此能夠高效率地利用太陽能電池產(chǎn)生的能量。
采用這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也能夠使變換器的起動平穩(wěn)。
還有，在太陽能電池的輸出具備能夠貯存瞬時電力的大容量(數(shù)法拉以上)電容器，因此即使系統(tǒng)電源停電，也足以能夠用作負(fù)載側(cè)的應(yīng)急電源，因此就不需要以往準(zhǔn)備用來作為應(yīng)急電源的電池，能夠不受維修保養(yǎng)、環(huán)境條件的影響，確保其性能，因此作為應(yīng)急電源的可靠性也高。
在本實施例中，以將太陽能電池的能量貯存于變換器的結(jié)構(gòu)進行了說明，但是若取代太陽能電池而使用其他電池，例如將燃料電池貯存的能量暫時貯存于大電容量的電力電容器，增加調(diào)整該電容器的輸出電壓和變換器輸出側(cè)的平滑電容器的電壓電平的電壓調(diào)整手段及在與該平滑電容器之間進行隔離的手段，當(dāng)然也能夠得到相同的效果。
又，本實施例中對太陽能電池模塊產(chǎn)生的輸出電壓與變換器輸出側(cè)的平滑電容器的電壓電平進行調(diào)整的手段使用于升壓手段，但是在該模塊產(chǎn)生的電壓變得比平滑電容器的電壓(對電源電壓進行二極管整流得到的值)大的情況下，使用降壓手段對電壓電平進行調(diào)整。也就是說，是使用升壓手段還是降壓手段，只要是采用能夠調(diào)整電池一方的輸出電壓和變換器輸出側(cè)的平滑電容器的電壓的電平的手段作為本發(fā)明中的電壓調(diào)整手段即可。
圖7是圖1所示的實施例的變形例。
與圖1的結(jié)構(gòu)不同之處在于，1臺變換器500A上連接著平滑電容器，該平滑電容器的輸出上連接著多臺PWM逆變器電梯驅(qū)動系統(tǒng)90A～90C，也提供逆變器熒光燈等一般負(fù)載。這是作為大廈等能夠使用的系統(tǒng)的一個結(jié)構(gòu)例子考慮的。太陽能電池的結(jié)構(gòu)沒有改變，但是在一臺太陽能電池模塊170作為應(yīng)急電源不夠用的情況下，準(zhǔn)備數(shù)臺(未圖示)，形成作為應(yīng)急電源具有能夠確保最低限度的能量的發(fā)電能力的結(jié)構(gòu)，而且具備具有能貯存該能量的電容量的大電容量的電力電容器180。
還有一個特征是，由于多臺負(fù)載連接于平滑電容器，所以具備電源系統(tǒng)管理系統(tǒng)600。在這種情況下，電梯不一定是在多臺電梯的再生能量與動力驅(qū)動能量取得平衡的狀態(tài)下運行。
例如一臺電梯處于牽引狀態(tài)，其余的電梯處于再生狀態(tài)時，系統(tǒng)電源沒有異常，但是由于許多再生能量變換為電能，因此系統(tǒng)電源的電壓暫時上升，這被認(rèn)為是對其他連接于系統(tǒng)上的設(shè)備發(fā)生影響的因素。還有，再加上太陽能電池的能量大量注入平滑電容器，則對系統(tǒng)的影響越來越大。
反之，負(fù)載一方幾乎都處于牽引狀態(tài)，太陽能電池的發(fā)電狀況不好的情況下，系統(tǒng)電源方面的電壓下降。如果這種變動反復(fù)發(fā)生，則表現(xiàn)為電源電壓的變動，出現(xiàn)抖動現(xiàn)象等。
因此在這樣的系統(tǒng)中，需要有能夠?qū)㈦娫措妷旱淖儎臃秶拗朴谝?guī)定的變動范圍內(nèi)的電源系統(tǒng)管理系統(tǒng)。
圖8表示電源系統(tǒng)管理系統(tǒng)600的處理。
首先，在處理600A，為了迅速檢測出初級電源(系統(tǒng)電源)一方的狀況(缺相、瞬時停電、電壓下降等)，檢查從電壓傳感器50檢測出的電壓換算為初級側(cè)的值(系統(tǒng)電源電壓)是否在所決定的規(guī)定范圍內(nèi)，對系統(tǒng)電源一方的狀態(tài)加以監(jiān)視。其結(jié)果是，在規(guī)定的范圍內(nèi)時當(dāng)作系統(tǒng)電源沒有異常，在這種情況下，判斷為各負(fù)載系統(tǒng)及太陽能電池系統(tǒng)相對于系統(tǒng)電源在能量的互相傳輸上保持很好的平衡進行工作，繼續(xù)以這一狀態(tài)運行。
一旦在處理600A判斷為上述檢測電壓沒有處在規(guī)定的范圍內(nèi)，則根據(jù)電壓傳感器50經(jīng)整流得到的值判斷變壓器次級側(cè)的電壓變動狀況。在這種情況下，考慮比規(guī)定小的情況和比規(guī)定大的情況。
這里首先對比規(guī)定小的情況加以說明。在這種情況下如果處理600D判斷為在系統(tǒng)電源一方發(fā)生電壓明顯下降的狀況，即瞬時停電、停電、缺相等，則在處理600E使變換器停止動作，使正在驅(qū)動的電梯減速，將再生能量回收到平滑電容器。利用這種操作，在平滑電容器中沒有使電梯移動到就近樓層的能量的情況下，還進行處理600F，從太陽能電池注入所缺少的能量份額，使電梯停在就近的樓層。
在這里，考慮到也連接著一般負(fù)載的情況，還繼續(xù)將太陽能電池的能量注入平滑電容器，對于應(yīng)急燈等一般負(fù)載也可以使用太陽能電池的貯存的能量作為應(yīng)急電源。
下面對大于規(guī)定的情況加以說明。
在處理600G，一旦判斷為比規(guī)定值大，就執(zhí)行處理600G、600H、600I。
處理600G推定，變壓器次級側(cè)的電壓比規(guī)定值大，是由于太陽能電池產(chǎn)生的電能被注入平滑電容器，以及幾乎所有的電梯都正在減速，再生能量大量地回到平滑電容器中，這兩件事情同時發(fā)生，所以才發(fā)生這樣的狀況。對此將按照優(yōu)先級采取對策。
將太陽能電池的能量注入動作與電梯的減速動作加以比較，后者的優(yōu)先級應(yīng)該放在較高的位置上。因為這時電梯正在進入停止動作。
因此，在處理600G，首先使升壓手段400的動作停止，停止將太陽能電池產(chǎn)生的能量注入平滑電容器。然后，執(zhí)行處理600H，如果結(jié)果將變壓器次級側(cè)的電壓限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，則執(zhí)行通常的處理600B。在這種情況下可以認(rèn)為，由于多數(shù)電梯的減速與注入太陽能電池產(chǎn)生的能量兩個動作重疊，使注入(回饋)到平滑電容器的能量急劇增加，因此，隨此而來變換器引起的向系統(tǒng)電源回饋的能量增加，導(dǎo)致變壓器次級側(cè)的電壓暫時達到規(guī)定值以上。
還有，太陽能電池產(chǎn)生的能量注入平滑電容器的動作即使停止，太陽能電池產(chǎn)生的瞬時能量將繼續(xù)貯存于大電容量的電力電容器180，因此，即使中止太陽能電池產(chǎn)生的能量注入平滑電容器的動作，太陽能電池的利用效率也不會降低。
接著，在中止太陽能電池產(chǎn)生的能量注入平滑電容器的動作后變壓器的次級電壓還是沒有能夠納入規(guī)定的范圍內(nèi)的情況下，執(zhí)行處理660I。
就是將減速中的電梯的減速速率減慢，以減少再生能量。
在這種情況下也附加優(yōu)先級減慢減速速率。在這里，根據(jù)負(fù)載傳感器的信息推定電梯轎廂的乘員人數(shù)，從該乘員人數(shù)少的先減慢減速速率?？梢灶A(yù)料，乘員人數(shù)越少，不平衡轉(zhuǎn)矩越大，作為電動機的等效慣性越大，再生能量也越大，也能夠盡量減少對乘員造成的麻煩和影響。
在處理600I，按照優(yōu)先級將減速速率降低下去(處理600I與處理600H并用)，若進入規(guī)定的范圍內(nèi)，就轉(zhuǎn)入通常的處理600B。
通過如上所述進行電源管理，可以不對系統(tǒng)電源一方產(chǎn)生影響而有效地利用再生能量及太陽能電池產(chǎn)生的能量。
上述圖7的實施例的思想，是設(shè)想將平滑電容器作為直流電源線路，在該直流電源上連接多種負(fù)載的例子。
即，在該直流電源線路上連接多個PWM逆變器的電梯驅(qū)動系統(tǒng)以外，如果還在該直流電源上附加DC斬波器電路等直流電壓調(diào)整器，則也可以作為直流電動機的速度控制和電池的充電器使用。又，如果在該直流電源線路上連接逆變器熒光燈，則也可以作為高效率的照明器具使用。
在采取這樣擴展的實施形態(tài)的情況下，可以在各種各樣的電氣、電子設(shè)備上利用工業(yè)電源以外來源的能量，獲得提高能量利用效率這樣的其他方法得不到的效果。
圖9是圖7的系統(tǒng)的變形實施例。
與圖8不同之處在于，是以多臺變換器、逆變器系統(tǒng)驅(qū)動電梯的情況。電源系統(tǒng)管理系統(tǒng)600基本上利用圖8的處理進行，但是，對應(yīng)于各變換器系統(tǒng)分別具備平滑電容器的基準(zhǔn)電壓Ed*這一點是不同的。
也就是說，在處理600C判斷為變壓器次級側(cè)的電壓在規(guī)定值以上的情況下，在執(zhí)行處理600G之前，使上述基準(zhǔn)電壓Ed*增加，緩和向變壓器次級側(cè)的能量回饋量。當(dāng)然，該基準(zhǔn)電壓Ed*增加的上限是受PWM逆變器一方的功率元件的耐壓和平滑電容器的耐壓等的制約、決定的。這一系統(tǒng)的特征在于，使用電源系統(tǒng)管理系統(tǒng)600進行管理，使基準(zhǔn)電壓Ed*成為最佳基準(zhǔn)電壓Ed*，以使系統(tǒng)電源一方不受到干擾。
借助于引入這樣的系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)，在利用太陽能電池的能量驅(qū)動數(shù)臺電梯的系統(tǒng)中，即使使各電梯進行各種運行，也由于利用該系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)對系統(tǒng)電源一方進行著綜合能量(太陽能電池產(chǎn)生的能量、減速產(chǎn)生的再生能量)管理，所以能夠高效率地向電源一方反向流動。
本發(fā)明顯示出如下所述的效果，亦即，如上所述即使是多臺電梯的系統(tǒng)，也能夠不增加使不同電源產(chǎn)生的瞬時電力回饋到系統(tǒng)電源一方的新的變換器就使其反向流動，而且能夠作為驅(qū)動側(cè)的動力電源、系統(tǒng)電源停電時的應(yīng)急電源以及平滑電容器初始充電用的電源使用，因此整個系統(tǒng)的電源利用效率提高了，而且整個系統(tǒng)的可靠性也提高了。工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明將太陽能電池產(chǎn)生的電力注入變換器與逆變器之間的電容器作為逆變器的負(fù)載側(cè)使用的能量或者可以回饋給電源系統(tǒng)一方，因此能夠提高太陽能電池的利用效率。而且不再需要蓄電池，能夠保證具有不受環(huán)境條件的左右的性能和可靠性，也可以省去繁雜的蓄電池維修保養(yǎng)工作，因此能夠廣泛用作以電梯控制裝置為代表的具備變換器及逆變器的電力變換器的控制裝置。
權(quán)利要求
1. 一種電梯控制裝置，具備將電源來的交流電變換為直流電的變換器、連接于該變換器的輸出側(cè)的電容器、將該電容器的直流電變換為可變電壓、可變頻率的交流電的逆變器，以及利用該逆變器供電的驅(qū)動電梯轎廂升降的電動機，其特征在于，還具備太陽能電池、將該太陽能電池產(chǎn)生的電力注入所述電容器的手段，以及控制所述變換器使所述電容器的電力回饋到所述電源的手段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯控制裝置，其特征在于，所述變換器控制手段具備對所述電容器的電壓超過預(yù)定值的情況采取相應(yīng)措施將所述變換器向回饋方向控制的手段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯控制裝置，其特征在于，所述變換器控制手段具備將所述電容器的電壓維持在預(yù)定的電壓范圍的電壓控制系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯控制裝置，其特征在于，還具備根據(jù)所述電容器的電壓，對所述變換器進行控制，以從所述電源向所述電容器注入電力或使所述電容器的電力向電源逆向流動的手段。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯控制裝置，其特征在于，在所述太陽能電池的輸出側(cè)和所述電容器之間，還設(shè)置阻止電力從所述電容器一側(cè)反過來流向所述太陽能電池的輸出側(cè)的手段。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯控制裝置，其特征在于，設(shè)置將所述太陽能電池相應(yīng)于日照量產(chǎn)生的電力變換為能夠注入所述電容器的電力狀態(tài)的電力變換手段。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電梯控制裝置，其特征在于，在所述太陽能電池的輸出側(cè)和所述電力變換手段之間設(shè)置具有吸收所述太陽能電池的瞬時輸出電力的能力的電容量的電力電容器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電梯控制裝置，其特征在于，具備判斷所述太陽能電池的發(fā)電狀態(tài)處于預(yù)定值以下的手段，以及根據(jù)該判斷手段的輸出使所述電力變換手段的動作停止的手段，采取僅在所述太陽能電池產(chǎn)生預(yù)定的電力時將該電力注入所述電容器的結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電梯控制裝置，其特征在于，設(shè)置預(yù)備充電手段，該手段在所述變換器停止的狀態(tài)下預(yù)先使所述電力變換手段動作，向所述電容器注入太陽能電池的電力，使其電壓上升到預(yù)定電壓為止，還設(shè)置在到達該預(yù)定電壓之后使所述變換器起動的手段。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電梯控制裝置，其特征在于，設(shè)置在所述電容器的電力不足時利用所述電力變換手段將所述電力電容器貯存的電力注入所述電容器，以該注入的電力驅(qū)動電梯到就近的樓層的救助驅(qū)動手段。
11. 一種電梯控制裝置，具備將交流電源來的交流電變換為直流電的PWM變換器、連接于該變換器的輸出側(cè)的平滑電容器、將該平滑電容器的直流電變換為可變電壓、可變頻率的交流電的PWM逆變器，以及利用該逆變器供電的驅(qū)動電梯轎廂升降的電動機，其特征在于，還具備太陽能電池、調(diào)整所述太陽能電池的輸出電壓電平以使該太陽能電池產(chǎn)生的電力注入所述平滑電容器的手段，以及對所述變換器可逆地進行PWM控制使所述平滑電容器的電壓保持在預(yù)定的電壓范圍的手段。
12. 一種電梯控制裝置，具備將交流電源來的交流電變換為直流電的PWM變換器、連接于該變換器的輸出側(cè)的平滑電容器、將該平滑電容器的直流電變換為可變電壓、可變頻率的交流電的PWM逆變器，以及利用該逆變器供電的驅(qū)動電梯轎廂升降的電動機，其特征在于，還具備太陽能電池、調(diào)整所述太陽能電池的輸出電壓電平以使該太陽能電池產(chǎn)生的電力以規(guī)定的電流值注入所述平滑電容器的手段，以及對所述變換器可逆地進行PWM控制使所述平滑電容器的電壓保持在預(yù)定的電壓范圍的手段。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電梯控制裝置，其特征在于，設(shè)置檢測與向所述交流電源回饋的電流有關(guān)的電量的手段，以及對該檢測值超過預(yù)定值的情況通過所述電流控制系統(tǒng)采取相應(yīng)措施的手段。
14. 一種電力變換器控制裝置，具備將電源來的交流電變換為直流電的變換器、連接于該變換器的輸出側(cè)的平滑電容器、將該電容器的直流電變換為可變電壓、可變頻率的交流電的PWM逆變器，以及由該逆變器供電的負(fù)載，其特征在于，還具備太陽能電池、將該太陽能電池產(chǎn)生的電力注入所述平滑電容器的手段，以及控制所述變換器以使所述平滑電容器的電力回饋到所述電源的手段。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電梯控制裝置及電力變換器控制裝置。在具備連接于系統(tǒng)電源的變換器、使該變換器輸出平滑化的電容器、將平滑電容器的電壓變換為可變電壓、可變頻率的交流電的PWM逆變器，以及由逆變器供電的電動機驅(qū)動的電梯中，還具備太陽能電池、能貯存該電池產(chǎn)生的瞬時輸出功率的數(shù)法拉以上的電力電容器及其輸出電壓的調(diào)整手段，太陽能電池產(chǎn)生的電力被輸入平滑電容器，利用變換器的電壓控制系統(tǒng)可將太陽能電池產(chǎn)生的能量用于電梯驅(qū)動，其剩余能量能自動返還給工業(yè)電源。
文檔編號B66B1/30GK1239462SQ96180534
公開日1999年12月22日 申請日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者武藤信義, 保苅定夫 申請人:株式會社日立制作所