KR100904133B1

KR100904133B1 - 승강기의 제어 장치

Info

Publication number: KR100904133B1
Application number: KR1020077023131A
Authority: KR
Inventors: 다까오 오까다
Original assignee: 후지텍크가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2009-06-24
Also published as: HK1143354A1; WO2006109415A1; JPWO2006109415A1; CN101804933B; HK1115855A1; JP5194788B2; US7882937B2; CN101804933A; CN101155744A; US20090058333A1; CN101155744B; KR20080005922A

Abstract

인버터(4)를 제어하여 상기 인버터(4)에 접속되어 있는 교류 전동기(5)를 교류 전력에 의해 구동하는 동시에, 교류 전동기(5)의 회생 동작시에는 발전 제동용 저항(3)에 전류를 흐르게 하여 제동을 행하는 승강기의 제어 장치에 있어서, 승강기의 정지 중에 인버터(4)의 직류단 전압의 리플량이 설정치 이상이면, 승강기의 운전 개시를 금지하는 동시에 발전 제동용 저항(13)으로의 전력 공급을 차단한다. 혹은, 승강기의 운전 중에 회생 동작시에 있어서의 인버터(4)의 직류단 전압이 기준치 이하이면, 승강기의 운전 정지를 지령하는 동시에, 발전 제동용 저항(13)으로의 전력 공급을 차단한다.

인버터, 교류 전동기, 전류 검출기, 평활 콘덴서, 속도 검출기, 전류 검출기

Description

승강기의 제어 장치 {ELEVATING MACHINE CONTROL APPARATUS}

본 발명은, 엘리베이터나 에스컬레이터 등의 승강기를 구동하는 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 엘리베이터에 있어서는, 도3에 도시한 바와 같이, 엘리베이터 케이지(10)와 평형추(11)를 연결하는 로프가 시이브(sheave)(9)에 권취되고, 상기 시이브(9)를 교류 전동기(5)에 의해 구동하여 엘리베이터 케이지(10)의 승강이 행해진다. 교류 전동기(5)의 구동은 도시하는 제어 장치에 의해 행해지고 있다. 상기 제어 장치에 있어서는, 상용 전원(1)으로부터의 삼상 교류가 정류 회로(2)에 의해 전파정류되고, 또한 평활 콘덴서(3)에 의해 리플분이 흡수되어 직류로 변환된다. 이 변환된 직류는 인버터(4)에 의해 소정 주파수의 교류로 변환되어 교류 전동기(5)에 입력된다. 인버터(4)는 복수의 반도체 소자로 구성되고, 상기 인버터(4)에서는 제어부(6)로부터의 토크 지령이 구동 회로(7)에 입력되고, 상기 구동 회로(7)에 의해 상기 반도체 소자의 도통 폭[반도체 소자가 온(ON)(도통)/오프(OFF)(차단)를 반복하는 과정에서 온이 되는 기간]이 제어된다.

한편, 엘리베이터의 회생 동작시의 회생 에너지는, 회생용 반도체 소자(12)와 발전 제동용 저항(13)으로 이루어지는 방열 회로에 의해 소비되는 구성으로 되 어 있다. 즉, 회생 동작시에는 구동 회로(7)로부터의 지령에 의해 회생용 반도체 소자(12)가 온/오프를 반복하고, 그 과정에서 회생 에너지의 크기에 따라서 도통 폭이 제어되어, 회생 에너지가 발전 제동용 저항(13)의 발열에 의해 소비되도록 되어 있다.

그런데, 회생용 반도체 소자(12)가 온이 된 상태에서 오프로 복귀되지 않는 고장, 즉 온 고장이 발생한 경우에는, 발전 제동용 저항(13)이 과열되어 화재로 될 우려가 있기 때문에, 온 고장의 발생을 검지하기 위해, 발전용 제동용 저항의 통전 상태를 온도 검출기 등으로 체크하는 방법(일본 특허 제3369890호 공보), 회생용 반도체 소자로서 사용되는 트랜지스터의 콜렉터 전압을 체크하는 방법(일본 공개 특허 공보 제2002-191178호), 전술한 트랜지스터의 베이스 신호와 콜렉터 신호와의 동기를 체크하는 방법(일본 공개 특허 공보 평11-199148호) 등 다양한 안전 대책이 제안되어 있다.

그러나, 어떠한 방법도 하드웨어를 이용하여 온 고장의 발생을 검지하는 것이므로, 하드웨어의 추가 장비에 의해 장치 구성이 복잡해지고, 비용도 상승하는 문제가 있었다.

그래서 본 발명의 목적은, 승강기의 제어 장치에 있어서 새로운 하드웨어를 추가하지 않고, 회생용 반도체 소자의 온 고장을 검지하여 적절한 안전 대책을 실시하는 것이다.

본 발명은, 미리 정해진 속도 지령 신호와 실제 주행 속도에 대응하는 속도 신호와의 차 신호(difference signal)로부터 얻어지는 토크 지령에 따라서 인버터를 제어하고, 상기 인버터에 접속되어 있는 교류 전동기를 가변 전압 및 가변 주파수의 교류 전력에 의해 구동하는 동시에, 상기 교류 전동기의 회생 동작시에는 회생용 반도체 소자를 온/오프 제어함으로써 발전 제동용 저항에 전류를 흐르게 하여 제동을 행하는 승강기의 제어 장치에 있어서, 승강기의 정지 중에 상기 인버터의 직류단 전압의 리플량이 설정치 이상이 된 것이 검지되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 개시를 금지하는 동시에 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 것이다.

또한, 본 발명은, 승강기의 운전 중에 회생 동작시에 있어서의 상기 인버터의 직류단 전압이 기준치 이하가 된 것이 검지되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 정지를 지령하는 동시에, 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 것이다.

또한, 본 발명은, 승강기의 정지 중에 상기 인버터의 직류단 전압의 리플량이 설정치 이상이 된 것이 검지되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 개시를 금지하는 동시에 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 한편, 승강기의 운전 중에 회생 동작시에 있어서의 상기 인버터의 직류단 전압이 기준치 이하가 된 것이 검출되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 정지를 지령하는 동시에, 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 것이다.

또한, 회생 동작인지 여부의 판단은, 연산상에서는 회생 전력이 소정치 이상인지의 여부를 검출함으로써 행할 수 있다.

본 발명에 관한 승강기의 제어 장치에 따르면, 특별한 장치를 추가하지 않고, 소프트웨어에 의해서만 매우 간편하게 회생용 반도체 소자의 온 고장을 검출할 수 있으므로, 그 소프트웨어를 인버터 제어용 제어 회로에 내장함으로써, 매우 저렴한 비용으로 발전 제동용 저항의 과열을 방지할 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 엘리베이터의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도2는 상기 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.

도3은 종래의 엘리베이터의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도4는 본 발명에 관한 엘리베이터의 제어 장치의 동작을 설명하는 파형도이다.

도5는 인버터의 직류단 전압에 발생하는 리플을 설명하는 파형도이다.

이하, 본 발명을 엘리베이터의 제어 장치에 실시한 예에 대해, 도면을 따라 구체적으로 설명한다. 또한, 도1에 있어서, 도3과 동일 구성 요소에는 도3과 동일 부호를 부여하고 있다.

도1에 도시한 바와 같이, 상용 전원(1)으로부터의 삼상 교류가 전력 공급 차단용 전자기 접촉기(SW)를 거쳐서 정류 회로(2)에 입력되고, 상기 정류 회로(2)에 의해 전파정류되고, 또한 평활 콘덴서(3)에 의해 리플분이 흡수되어 직류로 변환된다. 이 변환된 직류는 인버터(4)에 의해 소정 주파수의 교류로 변환되고, 교류 전동기(5)에 입력된다. 인버터(4)에서는, 마이크로 컴퓨터로 구성되는 제어부(30)로부터의 토크 지령이 구동 회로(7)에 입력되고, 상기 구동 회로(7)에 의해 인버터(4)를 구성하는 반도체 소자의 도통 폭이 제어된다.

또, 인버터(4)의 직류단에는 회생용 반도체 소자(12)와 발전 제동용 저항(13)으로 이루어지는 방열 회로가 접속되고, 상기 방열 회로에 의해 엘리베이터의 회생 동작시의 회생 에너지가 소비된다.

제어부(30)에는, 속도 지령 발생 회로(20)로부터 내려지는 속도 지령 신호(20a)와, 속도 검출기(22)로부터 출력되는 속도 신호(22a)와, 인버터(4)의 출력 전류를 검출하는 전류 검출기(23)로부터 출력되는 전류 검출 신호(23a)와, 엘리베이터 케이지(10)에 설치된 하중 검출기(24)로부터 출력되는 하중 신호(24a)와, 인버터(4)의 직류단의 전압을 검출하는 전압 검출기(25)로부터 출력되는 전압 신호(25a)가 입력된다. 제어부(30)는 속도 지령 신호(20a)와 속도 신호(22a)와의 차 신호로부터 얻어지는 토크 지령에 따라서 인버터(4)의 구동 회로(7)를 제어하는 기능을 갖고 있지만, 상기 제어 기능에 대해서는 종래와 동일하므로, 설명을 생략한다.

또, 제어부(30)는 회생용 반도체 소자(12)에 온 고장이 발생하였을 때의 안전 대책을 위한 구성을 갖고 있다. 상기 구성은, 후술하는 바와 같이 소프트웨어에 의해 실현되고, 상기 구성을 기능 달성 수단마다 블록으로 나누면, 회생 전력 발생 판정 수단(301)과, 전압 리플 검출 수단(302)과, 고장 검출 수단(303)과, 금지 수단(304)으로 나눌 수 있다. 회생 전력 발생 판정 수단(301)은 속도 지령 신호(20a), 속도 신호(22a), 전류 검출 신호(23a) 및 하중 신호(24a)를 기초로 하여 회생 전력이 발생하고 있는지 여부를 판정하는 것이다. 전압 리플 검출 수단(302)은 전압 신호(25a)를 기초로 하여 인버터 직류단 전압에 리플이 발생하고 있는지 여부를 검출하는 것이다. 고장 검출 수단(303)은 리플 발생시에 후술하는 소정치, 설정치 및 기준치를 이용하여 회생용 반도체 소자(12)의 온 고장을 검출하는 것이다. 또, 금지 수단(304)은 회생용 반도체 소자(12)의 온 고장시에 엘리베이터의 운전 개시를 금지하는 것이다.

도2는 회생용 반도체 소자(12)의 온 고장의 검출과 그 결과를 기초로 하는 안전 대책에 대한 제어부(30)의 구체적인 수속을 나타내고 있고, 상기 수속에는 엘리베이터 케이지의 정지 중에 있어서의 온 고장 검출 부분과, 엘리베이터 운전 중에 있어서의 온 고장 검출 부분과, 온 고장 검출시의 안전 대책 부분이 포함되어 있다.

도2에 도시한 바와 같이, 우선 스텝 S1에서, 속도 지령(20a)(혹은 토크 지령)이 내려지고 있는지 여부를 판단함으로써, 엘리베이터 케이지가 운전 중인지 정지 중인지를 검지한다. 여기서, 속도 지령(20a)이 내려지고 있지 않고, 엘리베이터 케이지가 정지 중일 때는, 스텝 S4로 이행하여 상기 전압 리플 검출 수단(302)에 의해 인버터의 직류단 전압에 있어서의 리플량이 설정치 이상인지 여부를 판단함으로써, 회생용 반도체 소자(12)에 온 고장이 발생하고 있는지 여부를 검출한다.

일반적으로, 무부하시의 인버터 직류단 전압은, 교류 전원선간 전압의 최대치, 즉 도5에 도시한 바와 같이 삼상 교류 파형의 피크치[파고치(波高値)]를 유지한 평활 직류 전압(Vd)이 되지만, 부하시에는, 도5에 파선으로 나타낸 바와 같이 교류 전원 주파수의 6배의 주파수를 갖는 리플 전압(Ra)이 중첩하게 된다.

여기서, 부하가 발생하지 않는 엘리베이터 정지시(인버터 부동작시)에, 회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키면, 평활 콘덴서(3)로부터 발전 제동용 저항(13) 및 회생용 반도체 소자(12)에 방전 전류가 흘러, 평활 콘덴서(3)의 용량치(C)와 발전 제동용 저항(13)의 저항치(R)에 의해 정해지는 시정수를 수반하여 인버터의 직류단 전압이 저하하게 되고, 이 결과, 도5에 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 큰 리플(Rb)이 발생한다. 즉, 엘리베이터 정지시에 회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키면, 본래는 평활 직류 전압인 것의 인버터의 직류단 전압에 주기적인 저하가 발생하여 큰 리플 전압이 중첩되게 된다. 또, 200 V의 삼상 교류 중, 하나의 상(相)의 전압이 예를 들어 180 V로 저하된 경우, 리플의 발생에 수반하는 전압의 저하는 더욱 큰 것이 된다. 그래서, 도2의 스텝 S4에서 직류단 전압의 리플량이 설정치 이상이 되는 것을 검지하여 온 고장을 검출하는 것이다.

온 고장이 검출되지 않을 때는, 스텝 S1로 복귀하여 엘리베이터가 운전 중 인지 여부의 판단을 반복한다. 그리고, 온 고장의 검출시에는, 스텝 S5로 이행하여, 금지 수단(304)에 의해 엘리베이터의 운전 개시를 금지하는 동시에, 스텝 S6에서 전자기 접촉기(SW)를 개방함으로써 발전 제동용 저항(13)으로의 전력 공급을 차단하고, 발전 제동용 저항(13)의 과열을 방지한다.

한편, 엘리베이터 케이지가 운전 중인 경우에는, 스텝 S1에서 '예'라고 판단되어 스텝 S2로 이행하고, 회생 전력 발생 판정 수단(301)에 의해 연산되는 회생 전력이 소정치 이상인지 여부를 체크함으로써, 회생 동작 중인지 여부를 판단한다. 여기서, 회생 전력은 인버터의 내부 정보, 즉 토크 지령, 속도, 모터 전압, 모터 전류, 모터 정수, 발생 토크, 모터 회전수 등의 다양한 정보로부터 연산할 수 있 다. 예를 들어, 부하 상승시(load lifting)에 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 토크 지령(T)이 변화되고, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 모터 회전수(ω)가 변화된 경우, 모터의 소비 전력 및 회생 전력은 토크 지령(T)과 모터 회전수(ω)의 곱(T × ω)에 의해 구할 수 있고, 도4의 (c)와 같이 변화한다. 또, 부하 하강시(load lowering)에는 도4의 (e)에 도시한 바와 같이 소비 전력과 회생 전력이 변화한다. 그래서, 이 회생 전력이 소정치 이상이 되는 것을 검지함으로써 회생 동작시인 것을 판정할 수 있다. 또, 회생 전력(P)은, 부하 하강시의 등속 주행에 있어서의 모터 전압(Vm) 및 모터 전류(Im)의 측정치와 모터의 역률(θ)로부터 다음식에 의해 구하는 것도 가능하다.

P = √3ㆍVmㆍImㆍcosθ

도2의 스텝 S2에서, 회생 전력이 소정치 이상이 아니라고 판단되었을 때는, 스텝 S1로 복귀하여 엘리베이터가 운전 중인지 여부의 판단을 반복한다. 그리고, 회생 전력이 소정치 이상이 되어 회생 동작 중이라 판단되었을 때는, 스텝 S3으로 이행하여, 고장 검출 수단(303)에 의해 인버터 직류단 전압(Vd)이 기준치 이하인지 여부를 판단함으로써, 회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키고 있는지 여부를 판정한다.

가령, 회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키고 있으면, 인버터 직류단 전압이 항상 기준치를 하회하므로, 고장의 판정이 가능하다. 예를 들어, 상용 전압이 200볼트인 경우, 전파정류된 전압은 통상 280볼트 정도가 되지만, 회생 전력이 생기면, 도4의 (d) 및 도4의 (f) 중에 실선으로 나타내는 바와 같이, 인버터 직류단 전압(Vd)은 모터가 발생하는 전력과 인버터(4)의 동작에 의해 전파정류 전압의 280볼트보다도 높은 350볼트 내지 380볼트 정도까지 상승하게 된다. 그러나, 회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키고 있는 경우에는, 평활 콘덴서(3)의 양단부가 발전 제동용 저항(13) 및 회생용 반도체 소자(12)를 통해 서로 단락하므로, 인버터 직류단 전압(Vd)은, 예를 들어 도4의 (d) 및 도4의 (f) 중에 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 전파정류 전압의 280볼트로부터 상승하지 않아 350볼트에는 이르지 않는다. 그래서, 280볼트와 350볼트 사이에 기준치를 설정함으로써, 인버터 직류단 전압(Vd)이 상기 기준치 이하가 된 것에 의해 온 고장의 발생이라 판정할 수 있는 것이다.

회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키고 있지 않을 때는, 도2의 스텝 S2로 복귀하여, 회생 동작시인지 여부의 판단을 반복한다. 한편, 회생용 반도체 소자(12)가 온 고장을 일으키고 있고, 도2의 스텝 S3에서 '예'라 판단되었을 때는, 스텝 S5로 이행하여 금지 수단(304)을 통해 엘리베이터의 운전 정지 지령을 출력하는 동시에, 전자기 접촉기(SW)에 의해 발전 제동용 저항(13)으로의 전력 공급을 차단하여 발전 제동용 저항(13)의 과열을 방지한다. 대부분의 경우, 회생용 반도체 소자(12)의 온 고장은 운전 중에 일어나므로, 고장 검출을 신속하게 행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 엘리베이터의 제어 장치에 따르면, 도2 나타내는 수속을 실행하는 소프트웨어를 내장하기만 하는 간이한 구성에 의해 회생용 반도체 소자의 온 고장을 검출할 수 있으므로, 매우 저렴한 비용으로 발전 제동용 저항의 과열을 방지하는 것이 가능하다.

또, 상술한 실시예에서는, 엘리베이터 케이지가 운전 중인 경우와 정지 중인 경우로 나누어 따로따로 고장 검출을 행하여 각각에 안전 대책을 실시하고 있지만, 어느 한쪽의 경우만의 고장 검출과 안전 대책으로 해결할 수도 있다. 그것은, 일련의 엘리베이터 운전 동작 중에서, 운전과 정지가 교대로 반복되므로, 그 어떠한 경우라도 신속하게 이상 검출을 행하여 안전 대책을 실시하면, 어느 한쪽의 경우의 고장 검출만이라도 실용상 충분한 안전 대책을 도모할 수 있기 때문이다. 또한, 상술한 실시예에서는, 속도 지령의 유무에 의해 엘리베이터 케이지의 운전/정지를 판별하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 토크 지령의 유무에 의한 판정이나 브레이크 개폐 등의 시퀸스 정보를 기초로 하는 판정도 채용 가능하다.

Claims

미리 정해진 속도 지령 신호와 실제 주행 속도에 대응하는 속도 신호와의 차신호로부터 얻어지는 토크 지령에 따라서 인버터를 제어하고, 상기 인버터에 접속되어 있는 교류 전동기를 가변 전압 및 가변 주파수의 교류 전력에 의해 구동하는 동시에, 상기 교류 전동기의 회생 동작시에는 회생용 반도체 소자를 온/오프 제어함으로써 발전 제동용 저항에 전류를 흐르게 하여 제동을 행하는 승강기의 제어 장치에 있어서, 승강기의 정지 중에 상기 인버터의 직류단 전압의 리플량이 설정치 이상이 된 것이 검지되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 개시를 금지하는 동시에 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 승강기의 제어 장치.
미리 정해진 속도 지령 신호와 실제 주행 속도에 대응하는 속도 신호와의 차신호로부터 얻어지는 토크 지령에 따라서 인버터를 제어하고, 상기 인버터에 접속되어 있는 교류 전동기를 가변 전압 및 가변 주파수의 교류 전력에 의해 구동하는 동시에, 상기 교류 전동기의 회생 동작시에는 회생용 반도체 소자를 온/오프 제어함으로써 발전 제동용 저항에 전류를 흐르게 하여 제동을 행하는 승강기의 제어 장치에 있어서, 승강기의 운전 중에 회생 동작시에 있어서의 상기 인버터의 직류단 전압이 기준치 이하가 된 것이 검지되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 정지를 지령하는 동시에, 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 승강기의 제어 장치.
미리 정해진 속도 지령 신호와 실제 주행 속도에 대응하는 속도 신호와의 차신호로부터 얻어지는 토크 지령에 따라서 인버터를 제어하고, 상기 인버터에 접속되어 있는 교류 전동기를 가변 전압 및 가변 주파수의 교류 전력에 의해 구동하는 동시에, 상기 교류 전동기의 회생 동작시에는 회생용 반도체 소자를 온/오프 제어함으로써 발전 제동용 저항에 전류를 흐르게 하여 제동을 행하는 승강기의 제어 장치에 있어서, 승강기의 정지 중에 상기 인버터의 직류단 전압의 리플량이 설정치 이상이 된 것이 검지되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 개시를 금지하는 동시에 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 한편, 승강기의 운전 중에 회생 동작시에 있어서의 상기 인버터의 직류단 전압이 기준치 이하가 된 것이 검출되었을 때, 상기 회생용 반도체 소자에 고장이 발생한 것이라 판단하여 승강기의 운전 정지를 지령하는 동시에, 발전 제동용 저항으로의 전력 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 승강기의 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전 제동용 저항에 대해 직렬로 상기 회생용 반도체 소자가 접속되고, 상기 발전 제동용 저항 및 회생용 반도체 소자에 의해 회생 동작시에 회생 에너지를 소비하는 방열 회로가 구성되어 있는 승강기의 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 회생 동작인지 여부의 판단은, 연산상에서는 회생 전력이 소정치 이상인지 여부를 검출함으로써 행하는 승강기의 제어 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 기준치는 상기 인버터에 공급되는 상용 전원의 파고치보다도 크고, 또한 회생 동작시의 인버터 직류단 전압보다도 작은 전압치로 설정되어 있는 승강기의 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 회생 전력은 토크 지령치와 케이지 속도 신호로부터 연산되는 승강기의 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 회생 전력은 모터 전압과 모터 전류로부터 연산되는 승강기의 제어 장치.