KR870001023Y1 - 에레베이터의 제어장치 - Google Patents

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에레베이터의 제어장치

제1(a)도, 제1(b)도 및 제2(c)도-제2(d)도는 에레베이터 제어장치의 기본동작을 설명하는 동작설명도.

제3도는 종래에 제안되었던 에레베이터 제어장치의 회로도.

제4도는 본 고안의 일실시예를 표시한 에레베이터장치의 회로도.

제5(a)도, 제5(b)도는 제4도의 동작설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

22 : 운전지령수단 23 : 정전검지접점

24 : 중앙연산처리수단 27 : 변조용 삼각파전압발생수단

본 고안은 에레베이터의 제어장치, 특히 비상용 발전기로 유도전동기를 구동시키는 것에 관한 것이다.

최근, 전자기술의 발달에 따른 제어기술의 향상에 의하여 유도전동기를 직류전동기와 거의 동일한 정도로 제어할 수 있게 되었다. 이러한 제어장치로서, 가변전압, 가변주파수 제어장치(이하 VVVF제어장치라 한다)가 있다.

VVVF제어장치는 콘버터로써 교류로 직류로 변환시키고, 이 직류를 인버터에 의하여 재차 교류로 변환시켜 유도전동기를 구동시키는 것이다. 이러한 VVVF제어장치에는 여러가지 방식이 주지되어 있는데, 예컨데 일본국 전기서원발행(뉴 드라이브 엘렉트릭스)(上山直産編著)의 68-70페이지에 표시되어 있는 바와 같다.

즉 인버터의 출력전압 피크치인 직류전압을 가변으로 해서 제어하는 PAM(pulse Amplitude modulation)제어와, 피크치는 고정하고 그 시간폭을 가변시켜 평균전압을 제어하는 PWM(pulse width modulation)제어와, 그리고 PAM제어와 PWM제어를 변용하는 것 등이 있다.

에레베이터는 유도전동기를 정지상태에서 전속도까지 넓은 범위에 걸쳐 제어하지 않으면 안된다. 속도가 느릴 때에 콘버터에서 전전압을 출력시키면, 유도전동기소을 또는 발열이 심하여져 바람직하지 못하므로 PAM와 PWM제어의 병용방식을 채용하고 있다.

제1(a)도, 제1(b)도는 에레베이터에 있어서의 PAM의 제어의 개요를 표시한 것이다. 우선, 시간 T₀-T₁에서 유도전동기는 정지되어 있다. 이 시간 T₀-T₁에 있어서 콘버터의 출력전압은 저전압 V₀로 된다. 시간 T₁-T₂에서 유도전동기는 가속되어 콘버터도 전압 V₀에서 Vf으로 증진한다.

그리고 유도전종기가 전속도에 도달하기 전에 시간 T₁₀에서 전전압 Vf로 된다. 시간 T₂-T₃에서 유도전동기는 전속도 Sf로 되고 콘버터는 전점호되어 출력전압도 Vf의 일정치로 된다. 시간 T₃-T₄에서는 감속한다. 콘버터의 출력전압은 얼마쯤 늦어져 시간 T₁₁에서 점차 감소하여 Vf에서 V₀로 된다. 정지중에는 일정전압 V₀으로 된다.

이와같이 유도전동기의 속도와 함께 VVVF제어장치의 출력전압의 피크치인 콘버터의 출력전압을 제어하고 있다. 한편, PWM제어는 유도전동기의 실질적인 속도제어를 제어하는 것인데, 제1도에 표시한 시간 T₁-T₄에서 동작하며 그 개요를 제2(a)도, 제2(b)도, 제2(c)도, 제2(d)도에 표시한다.

즉 변조용 삼각파 전압 Pt와, U상 제어전압 Pu, V상 제어전압 Pv 및 W상 제어전압Pw(Pw는 도면의 번잡을 피하기 위하여 도시하지 않지만, Pt, Pu와 같은 파형인데 위상이 다르다)을 발생시키고 변조용 삼각파전압 Pt와 각상의 제어전압 Pu, Pv, Pw를 비교하여 이 비교결과에 의하여 인버터를 온, 오프하는 것이다.

제2(a)도에 표시한 시간 t₀-t₁에서는 가상중성점 0과 인버터의 U상의 출력단자와의 사이의 전압 Vu-0은 제2(b)도와 같이 (-)로 되고, 시간 t₁-t₄에서는 (+)로 된다. U상의 제어전압 Pu가 변조용 삼각파전압 Pt를 하회함으로써 전압 Vu-0는 (-), 또 상회함으로써 (+)로 되어 제2(b)도에 표시한 것과 같이 된다.

V상에 관하여도 U상과 같은데, 가상중성점 0과 인버터의 V상출력단자와의 사이의 전압 Vv-0는 제2(c)도와 같이 된다. 그리고 U상과 V상의 차이에 의하여 구해지는 선간전압 Vu-v는 제2(d)도에 표시한 바와 같다.

다른 선간전압 Vu-v, Vv-w, Vww-u도 또한 같다. 각 선간전압 Vu-v, Vv-w, Vw-u는 서로의 위상차가 있고 주파수는 각각 제어전압 Pu, Pv, Pw의 주파수와 같다. 또한 전압치도 전압 Pu, Pv, Pw의 전압치에 따라 변화하게 된다. 따라서 제어전압 Pu, Pv, Pw의 주파수 및 진폭을 변화시킴으로써 가변전압, 가변주파수의 교류를 얻을 수 있다.

제3도는 이와같은 VVVF제어장치의 종래의 예를 표시한 것인데, 도면에 있어서, (1)은 정전압의 삼상교류를 공급하는 평상전원, (2)는 평상전원(1)이 정전되었을 때 삼상교류를 발생하는 비상전원, (3)은 평상전원(1)의 정전을 검지하는 정전검지수단, (4)는 항상 평상전원(1)에 접속되어 정전검지장치(3)가 정전을 검지하면 비상전원(2)에 점환되는 절환수단, (5)는 VVVF제어수단인데, 점환수단(4)을 통하여 평상전원(1) 또는 비상전원(2)에 접속되어 교류를 직류로 변환시키는 콘버터(6)과, 이 콘버터(6)과 병열로 접속되어 직류를 교류로 변환시키는 회생용 콘버터(7)과, 이 회생용 콘버터(7)의 교류를 변압시켜 평상전원(1) 또는 비상전원(2)에 전력을 변환시키는 모토트랜스(8)과, 콘버터(6)의 직류회로에 접속된 평활용 콘덴서(9)와, 직류가변전압, 가변주파수를 교류로 변환시키는 트랜지스터인버터(10)과, 이 교류측의 전압을 검지하는 전압센서(11) 등으로 구성되어 있다.

(12)는 트랜지스터 인버터(10)의 교류에 의하여 구동되는 유동전동기, (13)은 이 유도전동기(12)의 속도를 검지하는 속도계발전기, (14)는 유도전동기(12)에 의하여 구동되고 로우프(16)를 통하여 에레베이터카(16) 및 균형추(77)을 승강시키는 권상기, (20)은 속도지령 발생수단, (21)은 VVVF제어수단(5)에 신호를 보내어 PAM제어 및 PWM제어를 하고, 가변전압, 가변주파수의 전압을 발생시키는 제어부이다.

이와같이 구성된 에레베이터의 제어장치의 동작에 대하여 설명한다.

평상전원(1)이 운전상태에서, 점환수단(4)은 평상전원(1)측에 접속되어 있는 것으로 한다. 기동지령이 출력되면 속도지령 발생수단(20)에서 제어부(21)에 신호가 출력된다. 제어부(21)에서는 이 신호에 의하여 콘버터(6)를 제어함과 동시에 제어전압을 발생시켜 트랜지스터인버터(10)을 제어하고 가변전압, 가변주파수의 교류전압을 발생시킨다.

여기에서, 트랜지스터인버터(10)에서 출력되는 전압과 주파수는

……………………………(1)

의 관계로써 변화되도록 설성되어 있다.

따라서 전압을 변화시키면 이 전압을 전압센서(11)에 의하여 피이드백되어 속도지령 발생수단(20)의 신호와 비교된다. 이 비교결과는 제2(a)도에 표시한 각상의 제어전압이 되어 트랜지스터인버터(10)의 출력전압을 소망의 전압치로 하는 것이다.

이 전압과 주파수는 (1)식의 관계로서 변화함으로 유도전동기(12)는 자기포화를 일으키지 않고 권상기(14) 및 로우프(15)를 통하여 에레베이터카(16) 및 균형추(17)를 구동시킬 수 있다. 이때의 속도는 속도계 발전기(13)에 의하여 피이드백되고 전압센서(11)과 같이 속도지령발생수단(20)의 신호와 비교된다. 그 비교결과는 출력전압을 제어하여 유도전동기(12)를 의도된 속도로 제어할 수 있다.

정전의 경우는, 정전검지수단(3)이 동작하여 점환수단(4)이 비상전원(2)에 접속된다. 이 비상전원(2)의 경우도 평상전원(1)과 같이 제어되는 것이다.

그런데, 사이리스터로 된 콘버터로 교류를 직류로 변환시키는 경우의 교류측의 역률 Pf는 다음식과 같다.

……………………………(2)

단, Vac : 교류전압, Vdc : 직류전압, 여기에서 교류전압 Vac는 일정하지만, 직류전압 Vdc는 에레베이터의 속도에 따라 제1(b)도에 표시한 것과 같이 변화한다.

그리고 시간 T₁-T₄에서는 트랜지스터인버터가 작동하여 콘버터에 입력되는 교류는 (2)식에서 표시된 역률 Pf로 된다. 따라서 에레베이터가 가속, 감속중의 시간 T₁-T₂및 T₃-T₄에서는 역률 Pf가 낮아진다. 평상전원은 일반적으로 용량이 크고, 역률에 좌우된는 일은 없지만 비상전원은 비교적 용량이 작으므로 역률 Pf가 낮으면 콘 용량을 필요하게 된다.

이때문에 고가로 되는 결점이 있었다.

본 고안은 상기 결점을 해소하기 위해 안출된 것으로써 평상전원에 의한 교류를 콘버터로 가변전압의 직류로 변환하고, 이 직류를 인버터로 다시 가변전압, 가변주파수의 교류로 변환하여 유도전동기를 제어하고 평상전원이 정전되었을 때는 콘버터를 비상전원에 접속시키고 평상전원보다도 직류전압을 높게 함으로써 역률을 높이고 작은 용량의 비상전원으로 에레베이터를 구동할 수 있도록 함을 목적으로 한 것이다.

이 목적을 달성하기 위해 본 고안에서는 평상전원이 정전된 것을 정점검지수단으로 검지하고 이 검지신호에 의해서 절환수단을 작동시켜 콘버터를 비상전원에 접속시킴과 동시에 이 비상전원에 의한 직류전압을, 상기 평상전원에 의한 직류전압보다도 높도록 콘버터를 제어하는 제어부를 작동시키도록 하고 있다.

제4도 및 제5(a)도, 제5(b)도는 본 고안의 일실시예를 표시한 것이다.

우선, 제4도에 있어서, 제3도와 같은 부호는 동일부분을 표시하고 (22)는 에레베이터를 운전할 때 폐로되는 운전지령수단, (23)은 평상시에는 개방되어 있고 정전검지수단(3)이 정전을 검지하면 폐로되는 정전검지접점, (24)는 제어부(21)의 일부를 하고 있는 중앙연산처리수단(이하 CPU라 한다), (25)는 제5(a)도, 제5(b)도에 표시한 프로그램 및 제어전압의 진폭 및 주파수의 테이블이 기억된 리이드아우트 전용메모리(이하 ROM이라 한다), (26)은 데이터 또는 계산결과가 일시 기억되는 리이드라이트메모리, (27)은 제2도에 표시한 변조용 삼각파전압 발생수단, (28)은 전압센서(11) 및 속도계발전기(13)에서 신호를 받는 인터페이스(이하 I/F라 한다).

(29)는 콘버터(6) 회생용콘버터(7) 및 트랜지스터 인버터(10)에 각각 제어신호를 보내는 I/F, (30)은 속도지령발생수단(20)에서 신호를 받는 I/F, (31)은 정전검지접점(23)의 신호를 받는 I/F이다.

도면중 전력선상에 3개의 사선이 있는 것은 3상교류인 것을 나타낸 것이다. 콘버터(6)(7) 및 인버터(10)는 1상분만 표시되어 있지만, 실제는 같은 반도체소자가 3상분 병열접속되어 있다.

다음에, 제5(a)도, 제5(b)도메 의하여 상기 구성의 에레베이터 제어장치의 동작을 설명한다. 우선, 운전지렵수단(22)이 폐로되어 운동지령이 출력되면, 속도지령발생수단(20)에서 속도지령신호가 발생한다. 이 신호는 프로세스(100)에 있어서, I/F(30)를 통하여 제어부(21)에 입력된다.

이 입력에 의하여 프로세스(101)에 있어서는 타임카터가 설정되어 RAM(26)에 기억된다. 프로세스(102)에 있어서는 정전검지접점(23)의 신호를 I/F(31)를 통하여 취하여 정전인가의 여부를 체크한다. 정전이 아니면, 프로세스(103)에서 PAM제어를 지령하여 콘버터(6) 또는 (7)의 점호각을 제어한다. 정전의 경우는 프로세스(104)에서 콘버터(6) 또는 (7)을 전점호되도록 지령한다. 프로세스(105)에 있어서, PWM제어의 지령이 나오고, 프로세스(106)에 있어서는 타임카운터에 대응하여 어드레스에 기억되어 있는 진폭을 ROM(25)에서 읽어낸다.

프로세스(107)에 있어서 전압센서(11) 및 속도계발전기(13)의 신호와 비교하여 프로세스(106)에서 읽어낸 진폭을 수정하고, 이 수정결과를 RAM(26)에 기억시킨다. 프로세스(108)에서 수정된 진폭에 대응하여 주파수를 ROM(25)에서 읽어낸다.

이와같이 해서 구해진 진폭 및 주파수에 대응한 제어전압을 프로세스(109)에서 발생시킨다. 이 제어전압은 제2(a)도에 표시한 것과 같이 프로세스(110)에서 변조용 삼각파 발생수단(27)에 의한 삼각파와 비교하고, 이 비교결과에 의하여 프로세스(111)에서 PWM제어신호를 내며, 트랜지스터인버터(10)을 온, 오프제어한다.

프로세스(112)에 있어서는 운전지령수단(22)의 신호에서 운전이 종료되었는지의 여부를 체크하여 운전중의 경우는 프로세스(101)로 되보내져 새로운 타임이 설정되어 위의 동작을 반복한다. 운전지령수단(22)이 개방되면 종료된다.

상기 실시예에 의하면, 평상전원에 의한 운전에서는 PAM제어와 PWM제어를 병용하고, 비상전원에 의한 운전에서는 콘버터에서 전전압이 출력되도록 PWM제어를 하도록 하였으므로, 평상전원에 의한 운전에서는 유도전동기에 의한 소음을 저하시킬 수 있고 또 비상전원에 의한 운전에서는 높은 역률이 얻어져 비상전원의 용량을 저하시켜 염가로 할 수 있다.

또한 비상전원에 의한 전원에서 콘버터의 출력전압이 높이짐으로써 유도전동기가 발생하는 소음이 격정되지만, 비상전원은 희소하게 사용하는 것이고 정전이라는 특수한 상태이므로 상기 소음이 발생하여도 문제가 되는 것은 아니다.

또 상기 실시예에서는 비상전원에 의한 운전에서 콘버터는 전점호되어 직류를 발생하는 것으로 하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 평상전원에 의한 직류보다도 높으면 소기의 목적을 달성할 수가 있는 것이다.

Claims (12)

1. 평상전원(1)에 의한 교류를 콘버터(6)로 가변전압이 직류로 변환하고, 이 가변전압의 직류를 인버터(10)로 다시 가변전압, 가변주파수의 교류를 변화시켜 유도전동기(12)를 구동제어하는 에테베이터의 제어장치에 있어서, 상기 평상전원(1)이 정전된 것을 검지하고 이를 기초로 하여 검지신호를 발생하는 정전검지수단(3), 상기 평상전원(1)이 정전되었을 때 교류를 발생시키는 비상전원(2), 상기 평상전원(1) 및 비상전원(2)과 콘버터(6)의 사이에 설치되고, 콘버터(6)으로의 전력의 공급을 평상전원(1) 및 비상전원(2)중 어느 한쪽에서 공급할 수 있도록 접속절환시키는 절환수단(4)인데, 이 절환동작은 정전검지수단(3)의 정전검지신호에 의하여 이루어져 상기 평상전원(1)이 정상이면 평상전원에서 전력을 공급하고 평상전원(1)이 정전상태가 되면 비상전원(2)에서 전력을 공급하도록 동작하는 절환수단(4), 상기 콘버터(6)에 신호를 보내어 콘버터(6)에서 가변전압의 전압을 출력시키는 제어부(21)로써 정전검지수단(3)이 평상전원(1)의 정전검출신호를 발생시키면 이를 받아 평상전원(1)에서 콘버터(6)이 전력의 공급을 받을 때보다도 높은 직류전압을 발생할 수 있도록 콘버터(6)에 신호를 보내는 제어수단(5)등을 구비한 에레베이터의 제어장치.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 콘버터(6)는 여러개의 반도체스위칭소자에 의하여 구성되고 상기 제어수단(5)은 이들 스위칭소자에 대하여 도통제어할 수 있는 신호를 발하고, 이로 인하여 콘버터(6)의 직류출력의 전압을 제어하는 에레베이터의 제어장치.
3. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 콘버터(6)는 사이리스터로 구성되어 제어수단(5)이 발하는 신호에 의하여 점호각 제어시키는 에레베이터의 제어장치.
4. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 제어수단(5)는 정지검지수단(3)이 평상전원(1)이 정상상태를 검지하였을 때 콘버터(6)의 직류출력의 전압을 가변제어하고 정전검지수단(3)이 평상전원(1)의 정전을 검지하였을때 콘버터(6)을 전점호제어하는 에레베이터의 제어장치.
5. 청구범위 제1항에 있어서, 제어수단(5)는 메모리수단을 갖고 있으며 이 메모리수단에는 상기 전동기에 대한 속도지령신호에 대응시켜 인버터(10)의 출력의 진폭이 기억되고 있고, 다시 상기 진폭에 대응시켜 인버터(10)의 출력의 주파수가 기억되어 있는 에레베이터의 제어장치.
6. 청구범위 제5항에 있어서, 상기 제어수단(55)는 인버터(10)에 대하여도 제어신호를 발하고 인버터(10)의 출력전압의 피크치를 고정으로 하여 그 시간폭을 가변제어하는 에레베이터의 제어장치.
7. 청구범위 제6항에 있어서, 상기 제어수단(5)에는 인버터(10)의 출력전압을 검지하는 전압센서(11) 및 전동기의 속도를 검지하는 속도계발전기(13)등의 쌍방에서 신호가 공급되고, 제어수단(5)은 이들의 신호에 의하여 인버터(10)의 출력전압의 진폭을 수정하는 에레베이터의 제어장치.
8. 청구범위 제7항에 있어서, 상기 제어수단(5)는 수정된 진폭에 대한 주파수를 메모리수단에서 리이드아우트시켜 상기 수정된 진폭 및 리이드아우트된 주파수에 대응하는 신호를 인버터(10)에 공급하는 에레베이터의 제어장치.
9. 청구범위 제1항에 있어서, 정전검지수단(3)은 평상전원(1)에 접속되어 있고, 상기 평상전원(1)이 정전인지의 여부를 검지하는 에레베이터의 제어장치.
10. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 전동기에서의 회생전력을 교류로 변환시켜 전원으로 회생시키기 위해 사이리스터에 의하여 구성된 희생용 콘버터(7)가 콘버터(6)과 병열로 접속되어 있고 평상전원(1)이 정전일때 제어수단(5)는 회생용 콘버터(7)을 전점호제어하는 에레베이터의 제어장치.
11. 청구범위 제10항에 있어서, 상기 제어수단(5)는 평상전원(1)이 정상일 때 회생용 콘버터(7)의 출력전압을 가변제어하는 에레베이터의 제어장치.
12. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 인버터는 한쌍의 트랜지스터를 직렬접속하고 이 직렬접속된 트랜지스터를 평상전원(1)의 상(相)의 수가 같게 병렬접속한 트랜지스터인버터(10)인 것을 특징으로 하는 에레베이터의 제어장치.