KR0183465B1 - 산업용 전동차의 회생 역행 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류직권전동기를 채용하고, 이 전동기의 회생동작 및 역행동작의 전환을 제어하는 역행전환수단과, 초퍼(chopper)와, 초퍼장치에 펄스를 제공하는 펄스발생장치를 구비한 산업용 전동차량에서 회생역행제어를 수행하는 방법에 관한 것으로, 전진주행및 후진주행의 지령을 발생시키는 주행레버가 중립으로 부터 전진 또는 후진으로 변환되는 시점에서 회생가능한 최저전류지령치 이상의 전류지령치를 누적시켜 평균지령치를 구하고 이 평균지령치에 의거하여 차량의 주행속도를 추정하며, 추정된 차량주행속도에 적합한 제동모드가 수행되도록 초핑시간을 가변시키고, 이 초핑시간동안 전동기에서 발전된 전류를 배터리로 회생시키기 위해 전기자권선에 유기된 전류의 량을 검출하여 회생가능한 지 여부를 판별하고 회생가능하다고 판별되면 초핑이 수행되지 않을 때 배터리로 회생시키는 것이 특징이다.

Description

산업용 전동차의 회생 역행 제어방법

제1도는 본 발명에 따른 제어회로의 바람직한 실시예.

제2도는 본 발명의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 초퍼용 트랜지스트 2 : 전류제어부

3 : 주제어부 4 : 계자권선

5 : 전기자권선 6 : 마그네틱 컨택터

7 : 회생역행전환컨택터 8 : 회생다이오드

9 : 플라이 휠 다이오드 10 : 전류검출부

11 : 플러깅 다이오드 12 : 주행용 마이크로스위치

13 : 마그네틱 컨택터 여자코일

본 발명은 배터리 포크 리프트 트럭 (battery fork lift truck) 등과 같이 직류직권전동기를 이용하는 산업용전동차량에 있어서, 부하에 동력을 전달하는 역행(力行)동작 상태에서 직류직권전동기의 전기자(電機子)에 의한 유기기전력(誘起 起電力)을 배터리(battery)에 충전시키는 회생(回生; regeneration)작을 제어하는 방법에 관한 것이다.

종래의 산업용 전동차량(이하, 본 명세서에서는 '전동포크리프트'라 함)은 주행용 액셀레이터로부터 출력되는 신호를 받아들이는 주행신호입력수단과, 하역신호를 받아들이는 하역신호입력수단과, 회생역행 절환수단과, 회생가능판단수단과, 이들 각각으로 부터 입력되는 입력신호에 응답하여 소정의 제어신호를 출력하는 제어수단과, 이 제어수단으로 부터 출력되는 상기 소정의 제어신호에 의해 구동되는 마그네틱컨택터(magneticcontactor)를 구비하여, 회생역행모드의 제어를 위한 판별동작을 수행하였는데, 이와 같은 종래의 기술에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

전동포크리프트에서 주행레버를 조작하면 제어수단은 주행용스위칭소자로 일정주기의 펄스신호를 출력하는데, 그 펄스신호의 온(ON)시에는 전기자전류가 흐르게되고 오프(OFF)시에는 여자전류와 제동(braking)에 의해 전기자로부터 발생되는 플러깅(plugging)전류가 흐르게 된다.

이와같은 종래의 기술에서는 상기 제어수단이 소정갯수의 펄스를 발생하는 동안(즉, 소정의 기간 내)에 상기 플러깅전류가 소정의 레벨을 초과 하였는지의 여부를 조사하여 초과한 경우 회생가능으로서 판정하고 회생제어를 수행하였다.

한편, 소정의 판별기간내에 상기 플러깅전류가 소정의 레벨을 넘지 않으면 역행으로 판정하고 역행제어를 수행하였다.

그러나, 상술한 종래기술에서는 회생가능의 판단을 위해 제어수단에 별도의 플러깅전류 검출수단의 설치가 요구되는데, 상기 검출수단이 설치됨으로써 회로가 복잡해질 뿐만 아니라, 제어방법이 까다로우며, 상기 제어수단의 전체제작비용 면에서 상기 검출수단이 차지하는 비중이 상대적으로 크기 때문에 제어장치의 원가상승을 초래하는 결함이 있었다.

또한 상술한 종래의 방법의 다른 문제점은 회생/역행동작판별의 응답성이 낮고 그 정확도가 떨어지는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 회생/역행 판별동작의 고속화를 실현하고 판별의 정확도를 높일 수 있는 회생/역행제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 구성을 요약하여 나타내면 다음과 같이, 본 발명은 전후진지령신호를 받아들여 상기 전동기의 회전방향을 바꿀 것을 나타내는 역전역행인지 여부를 체크하는 단계와, 상기 역전역행이 아니면 현재의 역행모드에 따른 제어를 그대로 수행하고 상기 역전역행이면 계자권선을 절환접속하는 단계와, 상기 전후진지령신호에 해당되는 전류지령치데이타 중 회생가능한 최소전류치 이상의 데이타를 소정의 시간동안 순차로 받아들여 누적시킨 후 평균전류지령치를 계산하는 단계와, 상기 평균전류지령치를 이용하여 차량의 주행속도를 추정하는 단계와, 상기 계자권선을 통해 흐르게 되는 여자전류의 양이 상기 주행속도에 적합하도록 초핑시간을 가변적으로 제어하는 단계와, 소정의 회생역행 판단신호를 읽어 들이고 회생가능한 지 여부를 판별하는 단계와, 상기 회생역행판단신호가 회생가능하지 않음을 나타내면 현재의 역행모드를 그대로 수행하고 회생가능함을 나타내면 회생역행 절환용 컨택터의 접점이 열려지도록 하여 상기 초핑시간에는 제동모드로 되게하고 상기 초핑시간이 아닐때는 회생모드로 되게 하는 단계와, 상기 초핑시간을 주기로 회생역행판단신호를 읽어들여 회생가능여부를 체크하는 단계와, 상기 회생역행판단신호가 여전히 회생가능함으로 판별되면 상기 회생/역행 전환모드를 계속 수행하고 회생가능하지 않음이 판명되면 상기 회생역행전환용 컨택터의 접점이 닫이도록 하여 통상적인 역행제어를 속행하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

이제부터 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명해 나가도록 하겠다.

제1도는 전동포크리프터의 제어장치에 본 발명을 실현하기 위한 회로의 상세한 구성을 예로서 나타낸 것이고, 제2도는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 흐름도 이다.

제1도에서, 참조번호 1 로 나타낸 것은 초퍼(chopper)용 트랜지스터 이고, 참조번호 2 는 배터리로 부터 직류직권전동기 (이하,'모터'라 함)로 흐르는 전류의 량을 제어하기 위한 전류제어부를 나티낸 것이고, 3 은 장치의 작동과 관련된 제반 제어기능을 수행하는 주제어부, 4 는 모터의 계자권선, 5 는 모터의 전기자권선, 6 은 상기 계자권선(4)의 극성을 절환하기 위한 마그네틱 컨택터(Mf는 전진용 컨택터, Mg는 후진용 컨택터) 를 각각 나타낸 것이다.

또한, 제1도에서, 7 은 모터의 회생/역행 동작을 전환하기 위한 회생역행전환컨택터, 8 은 회생다이오드, 9는 모터의 인덕턴스(inductance)에 축적된 에너지를 전원으로 되돌리기 위한 플라이 휠 다이오드(fly wheel diode), 10 은 상기 전기자권선(5)을 통하여 흐르는 전류의 량을 검출하기 위한 전류검출부, 11 은 역행역전시에만 상기 전기자(5)로 플러깅전류가 흐르도록 하는 플러깅다이오드, 12 는 전진주행및 후진주행을 위한 주행용 마이크로스위치, 13은 상기 마그네틱컨택터(6)를 위한 여자코일을 각각 나타낸 것이다.

제1도에서, 설명되지 않은 Ks 는 컨택터의 여자코일(3)을 구동시키기 위한 키스위치를 나타낸 것이고, 3a 내지 3c 는 전진용 컨택터(Mf, Mf'), 후진용 컨택터(Mr, Mr'), 회생역행 전환용 컨택터(7)를 각각 온(ON)/오프(OFF) 시키기 위한 전진용컨택터여자코일, 후진용컨택터여자코일, 회생역행전환용컨택터여자코일을 각각 나타낸 것이며, Q1및 Q2는 주행용 트랜지스터및 회생역행전환용 트랜지스터를 각각 나타낸 것이다.

이상과 같이 구성되는 제어회로를 통하여 본 발명에 따라 역행동작에서 회생동작으로 전환되는 과정에 대해 다음에 설명해 나가도록 하되, 본 명세서에서는 본 발명에 대한 설명의 간략화를 위하여 전진역행상태로 부터 후진으로 전후진지령이 절환되는 경우를 예로서 들어 본 발명에 대해 구체적으로 설명해 나가도록 하겠다.

제1도에 도시된 바와 같이, 전진역행상태에서 전진용 컨택터(Mf, Mf')의 접점은 닫이게 되고 후진용 컨택터Mr, Mr')의 접점은 열리게 되므로 계자권선(4)을 통하여 흐르는 계자전류(I_f)가 ①로 나타낸 화살표의 방향으로 흐르게 되고, 모터의 전기자선(5)에서 발생되는 역기전력(back electromotive force)은 ③으로 나타낸 화살표의 방향으로 작용하게 된다.

이와 같은 전진역행상태에서, 전후진주행레버(도시되지 않음)를 후진으로 절환하는 순간에는 전진용 컨택터(Mf, Mf')의 접점이 열리고 후진용 컨택터(Mr)의 접점은 상기 계자전류(I_f)가 ②로 나타낸 화살표의 방향으로 흐르게 되지만, 소정의 시간동안 전기자는 전진역행시의 회전방향을 그대로 유지하기 때문에 전기자권선(5)에서 유기(誘起)되는 역기전력의 방향은 ④로 나타낸 화살표의 방향으로 작용하게 된다.

또한, 이 순간에 회생역행절환컨택터(7)의 접점은 여전히 역행 역행제어가 수행되던 때와 동일하게 닫혀진(closed)상태로 있게되고 주제어부(3)로 부터는 초퍼용트랜지스터(1)로 아직 역행제어펄스가 공급되고 있기 때문에 직권계자권선(4)의 여자전류로 인해 전기자권선(5)에서는 회생전류가 생성된다.

제2도를 참조하면서,회생모드와 역행모드를 판별하여 해당 모드에 따른 제어를 수행하는 과정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 주제어부(3)는 주행레버(도시되지 않음)의 기울어짐 정도에 따른 전기신호를 출력하는 공지의 주행신호입력수단으로 부터 제공되는 전, 후진지령신호를 받아들여 모터의 회전방향을 바꿀 것을 나타내는 역전역행인지 여부를 체크하고(S1), 상기 역전역행이 아니면 현재의 역행모드에 따른 제어를 그대로 수행한다(S2).

상기 전후진지령신호가 역전역행을 나타내면(S1에서 '예'이면)상기 주제어부(3)는 자신의 포트BQ1으로 하이레벨(high level)의 신호를 출력하여 주행용 트랜지스터(Q1)를 도통시켜 후진용 마그네틱 컨택터 여자코일(3b)에 의해 마그네틱 컨택터(6)의 접점을 변환(즉, 전진용 컨택터 Mf는 열리게 하고, 후진용 컨택터 Mr은 닫히게 함)시킴으로써 계자권선(4)을 절환접속 한다(S3).

이어, 주제어부(3)는 상기 주행레버의 기울어짐정도에 따라서 주행신호입력수단으로 부터 입력되는 전후진지령신호에 해당되는 전위레벨(전류지령치)데이타 중 회생가능한 최소전류치 이상의 데이타를 소정의 시간동안 순차로 받아들여 누적시킨후 그들의 산술적인 평균 즉, 평균전류지령치를 계산한다(S4).

주행신호입력수단으로 부터 제공된 전후진지령신호의 상기 평균전류지령치를 이용하여 주제어부(3)는 차량의 주행속도를 추정한다(S4).

상기의 단계(S4)에서 추정된 차량의 주행속도에 따라서 주제어부(3)는 전류제어부(2)로 소정의 제어신호를 공급하게 되는데, 전류제어부(2)는 상기 주제어부(3)로 부터 제공되는 상기 소정의 제어신호에 응답하여 초퍼용 트랜지스터(1)의 작동(즉, 초핑시간)을 가변적으로 제어함으로써 제동을 위해 계자권선(4)을 통해 흐르게 되는 계자여자전류의 양을 차량의 속도에 적합하도록 조절하게 된다(S5).

추정된 상기 차량의 속도에 따라서 상기 전류제어부(2)가 초퍼용 트랜지스터(1)의 초핑타임을 제어 함으로써, 트랜지스터 (1), 후진용 컨택터(Mr), 계자권선(4), 다른 하나의 후진용 컨택터(Mr'), 전기자권선(5), 회생다이오드(8)로 이루어 지는 폐루프(closed loop)를 통하여 제동전류가 흐르게 된다.

한편, 전류제어부(2)는 제동모드가 수행되는 시간(즉, 초퍼용 트랜지스터(1)를 도통(turn-on)시키는 시간)동안 전기자권선(5)에서 유기되는 플러깅전류의 양을 검출하는 전류검출부(10)로부터 제공되는 검출신호를 받아들여 회생가능한 지 여부를 판별하고 그 결과를 주제어부(3)로 통보해 주는데, 상기 전류제어부(2)는 상기 주제어부(3)로 회생역행판단신호를 제공한다.

이때 상기 전류제어부(2)는 상기 전류검출부(10)로 부터 제공되는 플러깅전류의 증분율이 소정의 설정치 이상이면 회생판단을 중단하고 회생가능한 것을 나타내는 상기 회생역행판단신호를 상기 주제어부(3)로 제공한다.

이에 따라, 주제어부(3)는 회생가능상태인지 여부를 알기위해 상기 전류제어부(2)로 부터 제공되는 회생역행판단신호를 읽어 들이고(S6), 회생가능한 지 여부를 판별한다(S7).

상기 회생역행판단신호가 회생가능하지 않음을 나타내면(S7에서'아니오'이면) 현재의 역행모드를 그대로 수행하고(S2), 회생 가능함을 나타내면((S7에서 '예'이면) 상기 주제어부(3)는 초퍼용 트랜지스터(1)를 부도통(turn-off)상태로 만드는 시점에서 포트 BQ2를 통해 회생역행 전환용 트랜지스터(Q2)의 베이스로 로우레벨(low level)의 신호를 공급하여 상기 트랜지스터(Q2)를 부도통상태로 만듬으로써 마그네틱 컨택터 여자코일(3c)을 통하여 여자전류가 흐르지 않도록 하여 회생역행 절환용 컨택터(7)의 접점이 열려 지도록 한다(S8).

그 결과, 초퍼용 트랜지스터(1)가 부도통상태로 될 때 전기자권선(5)에서 발전된 전류가 플라이 휠 다이오드(9), 계자권선(4)의 절환을 위한 마그네틱 컨택터(6) 중 후진용 컨택터(Mr), 전기자권선(5), 전류검출부(10), 회생다이오드(8)를 거쳐 배터리의 플러스(+)단자로 회생된다(S9).

따라서, 초펴용 트랜지스터(1)가 도통되면 제동모드로 되고, 부도통상태로 되면 회생모드로 전환됨으로써 부더러운 제동작용이 이루어 진다.

상기와 같은 회생/제동 모드를 수행하는 동안, 주제어부(3)는 초퍼용 트랜지스터(1)의 초핑시간(즉, 트랜지스터(1)가 도통될때)에 상기 전류제어부(2)로 부터 제공되는 상기 회생역행판단신호를 읽어들여(S10), 회생가능의 여부를 상기 초핑시간을 주기로 체크한다(S11).

이때, 여전히 회생가능함으로 판별되면(S11에서 '예' 이면) 앞에서 설명된 회생/역행 전환모드를 계속 수행하고(S9), 회생 가능하지 않음이 판명되면(S11에서 '아니오'이면) 주제어부(3)는 회생역행전환용 트랜지스터(Q2)를 도통시켜 회생역행전환용 컨택터(7)의 접점이 닫이도록 하여 통상적인 역행제어를 속행한다(S11,S2).

이상에서, 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명된 본 발명에 의하면, 전동차량에서 고속주행중에 주행레버의 방향전환으로 주행모터의 양단에 발전된 전류를 배터리로 회생시키거나 제동토오크(braking torque)를 발생하기 위한 동력원으로 사용하므로 에너지의 사용효율을 높일 수 있게되고, 제동시부드러운 제동응답성을 얻을 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 배터리의 전원공급에 의해 구동되는 직류직권전동기의 동력을 이용하여 주행하는 전동차량의 회생동작과 역행동작을 제어하는 방법에 있어서, 전후진지령신호를 받아들여 상기 전동기의 회전방향을 바꿀 것을 나타내는 역전역행인지 여부를 체크하는 단계와, 상기 역전역행이 아니면 현재의 역행모드에 따른 제어를 그대로 수행하고 상기 역전역행이면 계자권선을 절환접속하는 단계와, 상기 전후진지령신호에 해당되는 전류지령치데이타 중 회생가능한 최소전류치 이상의 데이타를 소정의 시간동안 순차로 받아들여 누적시킨 후 평균전류지령치를 계산하는 단계와, 상기 평균전류지령치를 이용하여 차량의 주행속도를 추정하는 단계와, 상기 계자권선을 통해 흐르게 되는 여자전류의 양이 상기 주행속도에 적합하도록 초핑시간을 가변적으로 제어하는 단계와, 소정의 회생역행 판단신호를 읽어 들이고 회생가능한 지 여부를 판별하는 단계와, 상기 회생역행판단신호가 회생가능하지 않음을 나타내면 현재의 역행모드를 그대로 수행하고 회생가능함을 나타내면 회생역행 절환용 컨택터의 접점이 열려 지도록 하여 상기 초핑시간에는 제동모드로 되게하고 상기 초핑시간이 아닐때는 회생모드로 되게 하는 단계와, 상기 초핑시간을 주기로 회생역행판단신호를 읽어들여 회생가능 여부를 체크하는 단계와, 상기 회생역행판단신호가 여전히 회생가능함으로 판별되면 상기 회생/역행 전환모드를 계속 수행하고 회생가능하지 않음이 판명되면 상기 회생역행전환용 컨택터의 접점이 닫이도록 하여 통상적인 역행제어를 속행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 전동차의 회생 역행 제어방법.