KR100188458B1 - 동기모터의 제동방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석으로 자화되는 동기모터(2)의 제동방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 동기모터의 입력커넥터(38, 40, 42)에 비선형 제동 저항기(60)가 연결되어 있으며, 이에 따라, 상기 동기모터(2)의 고정자권선들이 단락된다.

Description

동기모터의 제동방법 및 장치

제1도는 본 발명에 의해 제공된 회로적 해결안을 나타내는 도면.

제2도는 발전제동 저항기의 특성을 나타내는 도면.

제3도는 본 발명에 따른 다른 해결안을 나타내는 도면.

본 발명은 특허청구의 범위 제1항의 전제부에 정의된 바와 같은 동기모터의 제동(braking) 방법, 및 제6항의 전제부에 정의된 바와 같은 동기모터의 제동장치에 관한 것이다.

전력장애와 같은 기능부전의 경우에 엘리베이터의 안전동작은 기계제동장치를 이용함으로써 보장되고, 이때 또 종종 전기제동, 소위 발전제동(dynamic braking)을 보조적으로 이용한다. 발전제동에서는, 엘리베이터의 기계 에너지가 모터를 통해 모터 외부의 부하로 전달된다. 이렇게 함으로써, 기계제동장치가 동작하지 않더라도 적어도 엘리베이터의 가속은 막을수 있다.

비동기 모터가 이용되는 경우에는, 발전제동은 d.c. 전류가 주권선에 공급될 경우에만 가능하다. 발전제동은 특정한 배열, 및 목적에 맞게 설계된 별개의 정류장치와 같은 부속장치의 사용을 통해 가능하다. d.c. 모터의 경우에, 제동은 저항기를 회전자 회로에 접속시킴으로써 이루어진다. 이 경우에, 작동순서에 따라 모터가 자화되어야 한다.

동기모터의 경우에, 발전제동은 d.c. 모터와 유사한 방식으로 구현될 수 있다. 제동전력이나 저항기를 통해 흐르는 제동전류는 모터가 전속력으로 주행할 때 고정자 권선이 단락되면 커진다.

한편, 저속주행에서는, 저싱크속도(low sink speed)의 달성을 위해 충분한 토오크가 발생되도록 할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 엘리베이터용 동기 모터에 맞는 새롭고 효과적인 발전제동 시스템은 개발하는데 있다.

이를 달성하기 위해, 본 발명의 방법은 특허청구의 범위 제1항의 특징부에 제시된 사항에 의해 특징지워진다. 본 발명의 장치는 특허청구의 범위 제6항의 특징부에 제시된 사항에 의해 특징지워진다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 종속항에 제시된 사항에 의해 특징지워진다.

본 발명의 해결안으로 동기모터의 발전제동을 상당히 저가로 실현할 수 있다. 실제적인 해결안을 구현하는 데에는 단지 하나의 접촉쌍만 있으면 되는데, 이 접촉쌍은 주파수 변환기의 중간회로 커패시터를 방전시키는 경우에 필요하다.

비선형 저항은 될수 있는대로 싱크속도를 저속으로 유지시키는데 필요하다. 동기모터로 구동되는 엘리베이터의 안전도는 웜기어를 가지고 있는 엘리베이터의 안전도와 동일한데, 이는 제동장치가 고장나더라도 엘리베이터가 고속 하강하지 않게 됨을 의미한다. 이러한 것은 권선이 제로속도에서 단락되거나 또는 제동저항값이 충분히 작게 조정되는 본 발명의 실시예에 의해 구체적으로 달성된다.

본 발명의 해결안은 발전제동 저항기를 d.c. 중간회로내 또는 모터단자상에 설치함으로써, 모터를 제어하는 각종 전원공급장치와 함께 사용가능하다.

하기에, 본 발명은 도면을 참조하여 다수 실시예중 한 실시예에 의해 상세히 기재되어 있다.

제1도에는 동기모터(2)의 제어에 이용되는, 중간회로를 가지고 있는 주파수 변환기의 기본적인 회로구성이 도시되어 있다. 이 주파수 변환기는 간선 브리지(4)로 구성되어 있고, 이 간선 브리지는 입력도선(12, 14, 16)에 인가된 3상 간선 공급전압을 정류시킨다.

공급간선과 상기 간선 브리지 사이에는 코일과 커패시터로 구성된 간선 필터(18), 및 3상 간선 스위치(20)가 연결도어 있다.

간선 브리지는 정류된 전압을 중간회로의 도선(22)(24)에 공급하고, 이때 상기 도선사이에는 직렬 연결된 커패시터(23)와 커패시터(25)가 연결되어 있다.

트랜지스터(26 내지 31)에는 각 다이오드(6 내지 11)가 병렬로 그리고 역방향으로 접속되어 있다. 이들 트랜지스터를 적절하게 제어함으로써, 필요한 경우 제동전력을 간선으로 복귀시키는 것이 가능하다.

중간회로도선(22)(24)에는 트랜지스터(32 내지 37)의 브리지회로로 구성되어 있는 주파수 변환기의 모터브리지(5)가 연결되어 있다.

상기 모터브리지의 a.c. 측 출력단자는 전류를 고정자 권선에 전달하기 위해 모터 입력단자(38, 40, 42)에 접속되어 있다.

트랜지스터(32 내지 37)는 동기모터의 공급전압이 동작시 필요한 진폭 및 주파수를 가지도록 제어된다.

간선브리지는 제어유닛(44)에 의해 제어되고 모터브리지는 제어유닛(46)에 의해 제어된다. 전류 및 전압측정치, 속도측정치(49), 및 속도기준치(50)와 같은 측정량과 기준량에 근거하여, 상기 두 제어유닛(44, 46)은 제어펄스를 발생해서 이를 제어도선(51)을 통해 트랜지스터의 제어입력에 공급한다.

본 발명이 이용될 경우, 본래 알려진 여러 기법중 한가지 기법을 이용하여 트랜지스터를 제어할 수 있다.

제어유닛은 제어도선(68)을 통해 간선 스위치(20)도 제어한다. 트랜지스터(32) 내지 37)에는 병렬로 그리고 역방향으로 다이오드(52 내지 57)가 연결되어 있다.

동기모터는 영구자석으로 자화되므로, 상기 동기모터는 있을 수 있는 전력장애시 그 자화상태를 보존한다.

상기 동기모터는 엘리베이터 카를 호미스트 로프로 이동시키기 위해 엘리베이터의 견인용 도르래(미도시)에 기계적으로 연결되어 있다.

주파수 변환기의 중간회로의 도선(22)과 도선(24)의 사이에는 제동 트랜지스터(62)와 제동 저항기(58)(60)가 직렬 연결되어 있다. 정류동작 동안, 제어유닛(46)은 모터에 의해 발생된 전력이 제동 저항기에서 적어도 부분적으로 나마 소비되도록 하는 방식으로 트랜지스터(62)를 제어한다.

제동 저항기(58)는 복귀전력을 소비하는데 사용되는 일반 제동 저항기이다. 제동 저항기(60)는 제2도에 도시된 바와 같이 비선형 전압-전류 특성을 가지고 있다. 제동 저항기(60)의 저항값은 예컨대 백열등에서 처럼 가열되는 금속저항기의 이용에서와 같이, 저전압의 경우보다 고전압의 경우가 더 크다. 환언하면, 온도상승에 따라 동작범위내에서 저항이 증가하는 저항기가 사용된다.

제동 저항기는 또한 PTC저항기 또는 VDR저항기일 수 있다.

중간회로도선(22)과 도선(24)의 사이에 단지 제동 저항기(60)만을 접속시키는데 이용될 수 있는 접촉기(64)가 제동 저항기(58) 및 제동 트랜지스터(62)와 병렬로 연결되어 있다.

또한, 비선형 제동 저항기(60)를 쇼트시킬 수 있는 접촉기(66)가 비선형 제동 저항기(60)와 병렬로 연결되어 있다. 접속기(64)(66)는 직렬로 접속되어 있어 중간회로 도선(22)(24)을 쇼트시키는데 이용된다.

본 발명에 따라, 발전제동은 전원의 차단과 같은 비정상 동작상태, 또는 과속 조속기가 트리거되는 과속 상태가 시스템에 의해 검출될때 구동된다. 동시에, 접촉기(64)는 모터의 고정자 회로가 공급도선(38, 40, 42), 다이오드(52 내지 57), 및 비선형 저항기(60)를 통해 단락됨에 따라 단락된다.

이 접촉기는 모터권선에서 발생된 기전력에 의해 제어된다.

주파수 변환기는 간선 스위치(20)에 의해 간선으로부터 분리되는 것이 바람직하다. 예컨대 접촉기(64)가 단락되는 순간에, 즉 과속 조속기가 트리거될때, 모터가 고속주행중이면 저항에 걸리는 전압은 높고 따라서 저항도 높으므로, 전류 및 제동토오크는 결정되는 최대값으로 제한된다.

예컨대 제2도의 경우에서 전압의 상대값 u/[pu]=1(pu: per unit)이 전 속도에 대응하고 전류의 상대값 i/[pu]=1이 가속도에 대응한다고 할 때, 전부하에 대한 균형된 토오크는 대략 1/3인 것으로 볼 수 있다.

선형저항기의 경우에 속도는 대략 33%이지만, 비선형 저항기의 경우에는 대략 17%이다.

상기 예에서 사용되어진 저항기는 백열등형 저항기이다. 이경우에, 접속이 이루어지는 순간에 전류피크가 일어난다.

이 전류피크는 비선형 저항기와 직렬로 선형저항기를 초기에 연결시킴으로써 제거가능하다. 제1도의 예에서, 이는 제동 저항기(58)와 이 저항기에 연결되어 있는 트랜지스터(62)를 사용하여 실시된다. 정상동작중에, 상기 저항기(58)(60) 및 제동 트랜지스터는 제동을 제어하는데 사용되어진다.

상기 제동 저항기(60)는 속도변화에 따라 각각의 접촉기에 의해서 쇼트되는, 직렬접속된 복수의 저항기로 대체가능하다.

이 경우, 저항값의 비선형성은 상기 접촉기의 제어에 기초해서 결정된다.

상기 저항기(60)와 병렬연결된 접촉기(66)는 모터속도가 제로일때 상기 저항기(60)를 쇼트시키는데 사용된다. 이러한 방법으로, 제동 부족시 고제동 토오크를 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 접촉기에는 저항(60)에 걸려있는 전압이나 모터권선에서 직접 얻어진 전압이 공급가능하며, 이때, 모터속도가 떨어지면 상기 접촉기(66)는 자동으로 개방된다.

제1도에 도시되어 있는 본 발명의 해결안에서는, 제동저항기와 모터권선과의 사이에 접촉기는 존재하지 않지만, 상기 제동 저항기는 다이오드 브리지를 통해 모터의 고정자 권선에 직접 연결되어 있으며, 이러한 사실은, 동작중에 모터가 자화된다는 조건하에서, 심지어 전력고장시에도 동작을 보장함을 의미하며, 이는 영구자석으로 자화되는 동기모터를 사용함으로써 가능해진다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예이며, 동기모터(2)는 제1도의 주파수 변환기와 동일하거나 종류가 다른 주파수 변환기인 주파수 변환기(70)에 의해서 동작된다.

제1도에서와 마찬가지로, 상기 주파수 변환기(70)는 제어펄스를 발생하는 제어유닛(146)의 제어를 받으며, 상기 제어펄스는 도선(151)를 통해서 주파수 변환기(70)의 스위치에 전달된다.

스타접속된 비선형 저항기(78, 80, 82)가 접촉기(42)에 의해서 상기 주파수 변환기의 출력단자에 연결되어 있다. 접촉기(84)는 제1도에서의 접촉기(64)의 제어와 상응하는 방법으로 제어유닛(146)의 제어를 받는다. 따라서, 이 실시예에서는, 발전제동이 주파수 변환기의 외부에서 전적으로 일어난다.

본 발명은 일부 실시예의 도움으로 지금까지 설명되어 왔다. 그러나, 이러한 것은 특허보호범위를 제한하는 것으로 볼수 없으며, 상기 실시예들은 다음의 특허청구범위에 의해서 한정된 범위내에서 변경가능하다.

Claims (10)

1. 영구자석으로 자화되며, 그리고 고정자 권선에의 전압공급용 입력커넥터(38, 40, 42)를 가지고 있는 동기모터(2)의 제동방법에 있어서, 적어도 하나의 비선형 제동 저항기(60; 78, 80, 82)가 동기모터의 상기 입력커넥터(38, 40, 42)에 연결되어 있고, 상기 저항기를 통해 상기 동기모터(2)의 고정자권선이 단락되는 것을 특징으로 하는 동기 모터의 제동방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 동기모터(2)는 중간회로(22, 24)를 가지고 있는 주파수 변환기(3)에 의해서 동작하며, 상기 제동 저항기(60)는 상기 주파수 변환기의 중간회로(22, 24)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 고정자권선은 동기모터(2)의 속도가 실질적으로 제로로 될때 단락되는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 비선형 제동 저항기(60; 78, 80, 82)의 저항값은 전압이 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 동기모터는 영구자석으로 자화되며, 상기 제동 저항기(60)는 상기 동기모터의 기전력에 의해 제어되는 접촉기(64)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동방법.
6. 고정자권선에의 전압공급용 입력커넥터(38, 40, 42)가 제공되어 있는 엘리베이터 동기 모터(2)의 제동장치에 있어서, 상기 동기모터의 입력커넥터(38, 40, 42)에 적어도 하나의 비선형 제동 저항기(60; 78, 80, 82)가 연결되어 있고, 이 저항기에 의해서 상기 동기모터(2)의 고장자 권선이 단락되는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 동기모터(2)는 중간회로(22, 24)가 제공되어 있는 주파수변환기(3)에 의해서 동작하며, 제동 저항기(60)와 이 제동 저항기를 연결시키는 스위치(64)는 상기 주파수 변환기의 중간회로(22, 24)의 d.c. 도선(22, 24)의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제동 저항기(60)와 병렬연결하여 있는 스위치(66)가 제공되어 있어, 상기 동기모터(2)의 고장자권선을 단락시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제동 저항기(60)의 저항값은 전압이 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 동기모터는 영구자석으로 자화되며, 상기 제동저항기(60)는 상기 동기모터(2)의 기전력에 의해서 제어가능한 스위치(64)에 의해서 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 동기모터의 제동장치.