エレベーターの近代化プロジェクトは、エンジニアリング上の厳しい課題に直面しています。物理的なロータリーエンコーダのような複雑な機械的要素を使用せずに、正確なトルク制御とスムーズな乗り心地を実現する必要があります。エンコーダにより障害点が増え、特殊なケーブルが必要になり、古いマシンへの設置が複雑になります。基本的なボルト/ヘルツ (V/Hz) ドライブは、必要な低速トルクを提供できません。ロールバックを防止したり、重荷重下での正確な床の水平を保証したりすることはできません。このため、エンジニアは信頼できる中間点を探すことになります。
センサーレスベクトル制御はまさにそのソリューションを提供します。高度な数学的モーター モデリングを使用してローター磁束を計算し、スリップを推定します。これにより、特にエレベータ用途に合わせて調整された閉ループに近いトルク応答が実現されます。モーターシャフトに外部ハードウェアを取り付けることなく、厳密なロールバック防止とスムーズな加速プロファイルが得られます。これらのドライブは、モーターの正確な磁気状態をリアルタイムで計算することで、基本的な開ループ セットアップと複雑な閉ループ システムの間のギャップを埋めます。
ハードウェアを超えた数学的精度: センサーレス ベクトル制御は、高度なモーター モデリングと電流/電圧フィードバックに依存して滑りと磁束を推定し、物理的な速度センサーの必要性を排除します。
独立ベクトル制御: ロータ磁束ベクトルに対してステータ電流ベクトルを制御することで、これらの駆動装置は磁化電流をトルク生成電流から切り離し、エレベータ用途に不可欠な高い始動トルクを実現します。
実装の依存性: 導入を成功させるには、インバーターのアルゴリズムを特定のモーターの特性に適合させるための厳密な静的および動的自動調整が必要です。
アプリケーションの境界: 低速から中速のリフトには非常に効果的ですが、機械的ブレーキなしで絶対ゼロ速度を永久に維持したり、真の閉ループ磁束ベクトル システムの絶対的な微小精度で速度/トルクを管理したりすることはできません。
標準の V/Hz ドライブは、固定の電圧対周波数比をモーター端子に適用します。これらは盲目的に動作し、突然の負荷の変化に動的に反応することができません。乗客がタクシーに乗り込むと、荷重が瞬時に移動します。 V/Hz ドライブは実際のローター速度や磁束を監視しないため、重大なトルクラグが発生します。これにより、乗り心地の低下、始動時のぎくしゃく感が生じ、多くの場合、過電流の安全障害が引き起こされます。エレベーターでは機械ブレーキを安全に持ち上げるために、ゼロ速度で最大のトルクが必要です。 V/Hz 制御では、この始動電力を提供することはできません。
内部のマイクロプロセッサは、 センサーレス ベクトル エレベーター インバーターは、 高度な数学を通じてこのトルク不足を解決します。固定子電流を 2 つの直交成分に分離します。 1 つのコンポーネントが磁束を制御します。もう 1 つはトルクの生成を制御します。ステータ電流ベクトルはロータ磁束ベクトルに関連して制御されるため、ドライブは磁束の大きさとモータトルクを独立して調整します。この切り離しにより、ドライブは瞬時のトルク変化を指令できるようになります。極低速で最大のトルクが得られます。これにより、ブレーキが解除されたときにキャブが完全に静止した状態に保たれます。
一般的な開始コマンド中の一連のイベントは、この制御を示しています。
エレベータ コントローラは、駆動装置に走行信号と方向コマンドを送信します。
ドライブは、ブレーキを解除する前に、モーター巻線に DC 電流を注入して磁束界を構築します。
ドライブは、負荷重量フィードバックに基づいて必要なトルクを計算し、トルクを生成する電流ベクトルを適用します。
ドライブは機械式ブレーキ コンタクタを開く信号を送信します。
ブレーキシューが物理的にドラムまたはディスクを離れる間、モーターは負荷をゼロ速度に保持します。
ドライブは加速 S カーブを開始し、周波数を滑らかに上昇させます。
物理エンコーダがないと、ドライブはローターの位置と速度を継続的に計算する必要があります。これは、逆起電力 (逆起電力)、電圧、および正確な電流測定を使用して行われます。内部アルゴリズムにより、モーターの高精度な数学的モデルが構築されます。予想される消費電流と実際の消費電流を比較します。磁場の同期速度と実際のローター速度の差が滑りです。
ドライブはこのスリップをリアルタイムで計算し、それを補償するために追加の周波数を注入します。これにより、負荷に関係なくエレベーターの速度が一定に保たれます。満載の荷物を積んだかご室が上方に移動する場合、モーターは空のかご室が上方に移動する場合よりも多くの滑り補償を必要とします。ベクトル アルゴリズムはこれを動的に処理し、出力周波数を 1 秒あたり数百回調整します。
「センサーレス」という用語は一部の技術者に誤解を与える可能性があります。このシステムはロータリー エンコーダがないため物理的には開ループですが、数学的には応答性の高い閉ループ システムとして動作します。これは内部モーター モデルの精度に完全に依存しています。ドライブは、電流と電圧のデータをデジタル シグナル プロセッサ (DSP) に常にフィードバックします。これにより、仮想フィードバック ループが作成されます。このシステムは負荷の変化にミリ秒単位で反応し、ハードウェアベースの閉ループ システムによく似た乗り心地を提供します。
適切な可変周波数ドライブ (VFD) アーキテクチャを選択することが、リフト設置の成功を左右します。通常、エンジニアは 3 つの主要な制御方法から選択します。それぞれのベースラインの期待値を理解することは、建物の要件に適した適切な機器を指定するのに役立ちます。
リフト制御を 3 つの異なる階層に分類します。基本的な V/Hz コントロールは下部にあります。センサーレスベクトル制御は中間層を占めます。閉ループ磁束ベクトル制御が最上位層を表します。各方法では、異なるレベルの速度調整、トルク応答、設置の複雑さが提供されます。
制御方法 |
速度規制 |
始動トルク |
ハードウェアの複雑さ |
理想的な用途 |
|---|---|---|---|---|
V/Hz制御 |
2%～3% |
低 (3Hz で ~100%) |
非常に低い (エンコーダなし) |
基本的な資材ホイスト、非乗用用途 |
センサーレスベクトル |
~0.1% |
高 (0.5Hz で >150%) |
低 (エンコーダーなし、チューニングが必要) |
低層から中層の乗客用リフト、ギア付きトラクション |
閉ループベクトル |
～0.01% |
最大 (0Hz で 200%) |
高 (エンコーダ、配線、スプリッタ カード) |
高速、高層、ギアレスのトラクション |
V/Hz からセンサーレス ベクトルへのパフォーマンスの飛躍的な進歩。 V/Hz は、低速トルクが不十分であり、滑り補償が完全に欠如しているため、最新の乗客用エレベーターには不十分です。 V/Hz を使用すると、フル装備のキャブはブレーキが解除されると垂れ下がります。あ センサーレスベクトルエレベータードライブは このたるみを解消します。これは、エンコーダを使用しない乗客用リフトの最終的なベースラインとして機能します。分数周波数で必要なトルクを提供し、スムーズな出発と正確なフロアレベリングを保証します。
精度とアプリケーションの適合性のトレードオフを分析する必要があります。閉ループシステムは、絶対速度ゼロのトルク保持と微小位置決めを提供します。これらは、高速のギアレス高層リフトには必須です。ただし、 オープン ループ リフト インバータは、 設置の複雑さを大幅に軽減しながら、このパフォーマンスの 80 ～ 90% を実現します。エンコーダ、壊れやすいフィードバック ケーブル、インターフェイス ボードのコストが削減されます。このため、センサーレス ベクトル テクノロジは、エンコーダの取り付けが物理的に不可能なギア付き牽引機械や低速の近代化プロジェクトに最適です。
インバータを評価するには、生の仕様を調べる必要があります。特定のインバータ機能を乗客のエクスペリエンス、運用上の安全性の基準、および長期的な機器の信頼性に直接マッピングする必要があります。ドライブは複雑なベクトル数学をスムーズで目立たない乗り心地に変換する必要があります。
ロールバックは、モータが負荷を保持するのに十分なトルクを生成する前にエレベータかご室がわずかに降下すると発生します。これは乗客に恐ろしい体験をもたらします。センサーレス ベクトル ドライブは、モーターに事前にトルクを与えることでこれを防ぎます。インバータは、機械式ブレーキが完全に解除される前に、正確な量の DC 電流をステータに注入します。多くの場合、キャブの下にある荷重計量センサーからの入力を利用します。ドライブは、その特定の重量を保持するために必要な正確なトルクを計算します。ブレーキ接触器が開くと、モーターはすでに負荷を完全に静止させています。
現場技術者は特定のパラメータを調整して、このシーケンスを最適化します。
ブレーキ解放遅延: DC 電流を注入した後、ブレーキを開くよう命令するまでドライブが待機する時間。
ゼロ速度保持時間: ブレーキ シューが物理的に後退している間、ドライブがモーターをゼロ速度に保持する時間。
開始周波数: ギアボックスとシーブの静摩擦を克服するために適用される初期周波数。
エレベーター内での人間の快適さは、ジャークとして知られる加速度の変化率の制御に依存します。トルクが急激に上昇すると震えが発生します。インバーターは、高度な S カーブ プロファイリングを通じてこれを管理します。エレベーター コントローラーは、飛行プロファイル中の 4 つの異なるジャーク レートを定義します。 J1 は、ゼロ速度から一定加速度への移行を制御します。 J2 は加速からトップスピードへの移行をスムーズにします。 J3はトップスピードから減速への移行を管理します。 J4 は速度ゼロへの最終アプローチを緩和します。
インバータは、これら 4 つの異なるジャーク コマンドをシームレスに処理する必要があります。ドライブのマイクロプロセッサは、これらのフェーズ間の移行をスムーズにします。迅速なトルク応答と組み合わせた S 字カーブにより、モーターはエレベーター コントローラーからの速度コマンドに完全に追従します。乗客は機械的な引っ張りではなく、シームレスな滑りを感じます。ドライブの内部処理が遅すぎると、モーターが目標周波数をオーバーシュートし、キャブがロープ上で跳ねる原因となります。
エレベーターは非常に変動する負荷にさらされます。空のキャブを下降させる場合、重量物はカウンタウェイトが担うため、モーターの力はほとんど必要ありません。磁束と滑りを推定するドライブの機能により、動的な磁束の最適化が可能になります。このような軽負荷状態では、ドライブはモーターに送られる励磁電流を自動的に減少させます。このインテリジェントな電力管理により、モーター巻線の熱ストレスが大幅に軽減されます。また、エレベーター システムの耐用年数全体にわたって、目に見えるエネルギーの節約も実現します。
センサーレス ベクター テクノロジーの導入は、プラグ アンド プレイの操作ではありません。インストール中に特定の技術的ハードルに対処する必要があります。これらの現実を無視すると、システムの故障、不安定なトルク供給、レベリング不良、または頻繁なドライブ障害が発生します。
センサーレス ベクトル アルゴリズムは、正確なモーター データがなければまったく役に立ちません。銘板の馬力を入力するだけで、それが機能することを期待することはできません。ドライブは、内部アルゴリズムを制御対象の特定のモーターに適合させるために、試運転中に厳密な自動チューニングを必要とします。ドライブは、ステーター抵抗、ローター抵抗、相互インダクタンス、および漏れインダクタンスを測定する必要があります。
静的チューニング: ドライブはシャフトを回転させずに DC 電流をモーターに注入します。基本的な抵抗値を測定します。トラクションシーブからロープが外せない場合に便利です。
ダイナミックチューニング: ドライブは負荷から切り離された状態でモーターを回転させます。これにより、インダクタンスが正確に測定され、正確なスリップ プロファイルが計算されます。動的自動調整を実行するときは、トラクション シーブからロープを物理的に持ち上げる必要があります。モーターは負荷がかからずに自由に回転する必要があります。ドライブはモーターを基本速度まで動作させ、磁場が飽和する正確な点を測定します。これにより、すべての磁束計算のベースラインとなる無負荷電流が確立されます。
熱補償: 優れたドライブは、モーターの加熱に応じて内部モーター モデルを調整し、激しい使用時の銅抵抗の変化を補償します。
適切な接地とケーブルのシールドには交渉の余地がありません。センサーレス ベクトル ドライブは、高周波パルス幅変調 (PWM) 信号を生成します。これらの信号は電磁干渉を引き起こします。シールド付きモーター ケーブルを使用せず、モーターとドライブ シャーシの両方で適切に接地しないと、この EMI によりエレベーター コントローラーの低電圧信号が破損します。また、ドライブ自体の電流センサーで誤った読み取り値が発生し、数学的なモーター モデルの精度が損なわれる可能性があります。
ベクトル制御の電気的現実を理解する必要があります。センサーレス ベクトル ドライブは、1 つの特定のモーターの内部特性に基づいて電流をアクティブに監視および制御するため、一度に制御できるモーターは 1 つだけです。複数のモーターを単一のドライブに接続すると、数学的モデルが崩れます。ドライブはモーター A とモーター B の逆起電力を区別できません。このテクノロジーを並列マルチモーター構成で使用することはできません。各モーターには独自の専用ベクトルドライブが必要です。
多くの住宅用または軽商業用エレベーターは、単相電力の制約を受ける建物内で動作します。を使用して センサーレスベクトル制御を備えた単相エレベーターインバータ には、慎重なエンジニアリングが必要です。単相入力では、大きな DC バス電圧リップルが発生します。このリップルを平滑化し、トルクの安定性を維持するために、ドライブには特大の DC バス コンデンサが必要です。住宅用送電網にフィードバックされる高調波歪みも考慮する必要があります。エンジニアは多くの場合、単相入力を安全に処理し、激しい加速中に内部ダイオードが過熱しないようにするために、三相ドライブの定格を 50% 下げる必要があります。
調達チームと最新化エンジニアは、メーカーを最終候補に挙げる際に、いくつかの重要な側面を評価する必要があります。適切なドライブと適切なモーターを組み合わせることで、長期的な信頼性が保証され、コストのかかるコールバックが防止されます。
ベクトル ドライブの中核はデジタル シグナル プロセッサです。ドライブは、クラークとパークの複雑な数学的変換をリアルタイムで処理する必要があります。高速マイクロプロセッサは絶対に必要です。トルクラグを防ぐために、実行ループはミリ秒未満の範囲で動作する必要があります。プロセッサーが遅すぎると、モーター モデルと物理ローターの同期が失われます。その結果、振動や騒音が発生し、レベリング精度が低下します。技術仕様を確認するときは、プロセッサの速度とドライブの現在のループ帯域幅を必ず確認してください。
エンジニアは、標準のインバータ負荷モータがセンサレスベクトル制御に十分であるかどうかをよく尋ねます。このドライブは、標準的なインバータ負荷モーターを技術的に制御できます。ただし、エレベーターの用途には非常に要求が厳しいものです。ドライブは、レベリングモードおよび検査モード中にモーターを高トルクおよび非常に低速で動作させます。標準的なシャフト駆動ファンは、2 Hz または 3 Hz では適切な冷却を提供できません。したがって、エレベーターの用途では、多くの場合、独立した一定速度の冷却ブロワーを備えた専用のベクトルデューティ モーターが必要になります。低速運転時の過度の発熱によるモーターの絶縁劣化を防ぎます。
モーターの種類 |
冷却方法 |
低速性能 |
エレベーターへの適合性 |
|---|---|---|---|
標準AC誘導 |
シャフト駆動ファン |
15 Hz未満で過熱 |
推奨されません |
インバータデューティ |
シャフト駆動ファン |
短時間の低速走行に耐える |
軽作業には許容可能 |
ベクトル義務 |
独立した送風機 |
0 Hzでの連続フルトルク |
強くお勧めします |
センサーレス ベクトル制御は、近代化プロジェクトや低層から中層のエレベーターに最適な選択肢です。エンコーダの設置にコストがかかる場合や物理的に不可能な場合でも、優れた乗り心地と厳密なトルク制御を実現します。成功はドライブの処理能力とモーター自動調整プロセスの精度に完全にかかっています。これらのドライブは適切に作動すると、ロールバックを排除し、加速プロファイルを滑らかにし、長期的なメンテナンスコストを削減します。
必要な始動トルクに基づいてドライブを選択し、0.5 Hz で少なくとも 150% を目指します。メーカーの自動チューニング ソフトウェアの品質を評価します。専用のブレーキ制御ロジックや荷重計量補償入力など、ドライブがエレベータ コントローラとネイティブに統合していることを確認します。
インストールを確実に成功させるには、次の手順を実行します。
機器を注文する前に、包括的なモーター監査を実施して、絶縁クラス、冷却方法、銘板データの入手可能性を確認します。
最も正確なインダクタンスとスリップの測定値を取得するために、試運転中にモーターをロープから外して動的自動調整を実行します。
ドライブのファームウェアに、一般的な産業用ポンプやファンのロジックではなく、専用のエレベーターの S カーブ プロファイリングが含まれていることを確認します。
単相家庭用電源で動作する場合は、ドライブ アプリケーション エンジニアに相談して、DC バスのサイズを確認してください。
A: これは、物理的なロータリー エンコーダーを使用せずに、高度な数学モデルを使用してモーター速度と磁束を推定する可変周波数ドライブです。閉ループに近いトルク制御を提供し、乗客用エレベーターのスムーズな加速と正確なフロアレベリングを保証します。
A: インバータは、機械式ブレーキが解除される前に、DC 電流を注入してモーターにプレトルクを与えます。正確な積載重量を計算し、対応するトルクを即座に適用することで、ブレーキ移行中にキャブを完全に静止させます。
A: いいえ。優れた低速トルクを提供しますが、機械式ブレーキに頼らずに吊り荷を絶対零度の速度で永久に保持することはできません。エンコーダを備えた真の閉ループ システムのみが、無期限のゼロ速度保持を実現できます。
A: ドライブはモーターの内部数学モデルに完全に依存しています。自動チューニングは、正確なステーター抵抗、ローター抵抗、およびインダクタンスを測定します。これらの正確な値がないと、ドライブはスリップを計算したり、トルクを正確に制御したりできません。
A: はい、ただし慎重なエンジニアリングが必要です。ドライブには、電圧リップルに対処するための堅牢な DC バス コンデンサが必要です。通常、入力ダイオードの増加した電流負荷を安全に管理するには、三相ドライブの定格を下げる必要があります。
A: インバータ駆動モーターは動作しますが、エレベーター用途では非常に低速で高トルクが必要です。標準のシャフト ファンでは、これらの速度ではモーターを冷却できません。したがって、過熱を防ぐために、独立した冷却ブロワーを備えたベクトルデューティ モーターを強くお勧めします。
A: ドライブのアルゴリズムは、単一モーターからの特定の逆起電力と電流フィードバックを読み取り、ローターの位置を計算します。複数のモーターを接続すると、このフィードバックが混乱し、数学的モデルが完全に機能しなくなります。
