KR100188424B1 - 가변속도 에이씨 구동시스템과 그 속도 제어방법 - Google Patents

가변속도 에이씨 구동시스템과 그 속도 제어방법 Download PDF

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그레고리피.엑커슬리
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로버트로
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Abstract

AC기기(12)의 속도를 제어하는 방법은 다음과 같다. 즉, AC기기(12)는 주파수(f1)를 갖는 입력공급(R,Y,B)에 접속되어 있는 사이클로컨버터(10)로부터 공급된 3개의 출력위상(A,B,C)을 수신한다. 상기 사이클로컨버터(10)는 마이크로프로세서(25)의 제어하에서 3개의 모드에서 동작하게 되는데, 제1모드는 거의 연속적인 주파수를 발생시키는 종래의 사이클로컨버팅에 의해 주파수범위(0∼f0)에서 AC기기(12)에 주파수를 공급하고, 제2모드는 입력공급(R,Y,B)으로부터 주파수범위(f0∼f1)에서 복수개의 주파수단계를 합성하여 각 주파수단계간의 출력전압(A,B,C)의 위상제어에 의해 AC기기(12)의 속도제어를 제공하도록 사이클로컨버터(10)를 동작시키며, 제3모드는 입력주파수(f1)가 속도를 조절하지 않고서 AC기기(12)에 효과적으로 직접 인가되도록, 즉 투과되도록 사이클로컨버터를 동작시킨다.

Description

[발명의 명칭]
가변속도 AC구동 제어시스템
[기술분야]
본 발명은 가변속도 AC구동시스템에 관한 것으로, 특히 이러한 시스템의 속도를 제어하는 방법에 관한 것이다.
[발명의 배경기술]
통상, AC기기에 사용되는 가변속도 구동시스템이 많이 알려져 있는바, 이러한 시스템에 사용되는 콘트롤러는 라인을 변환(line-commutated)하거나 또는 힘을 변환(force-commutated)하는 두가지의 기본 형태로 이루어져 있다.
힘을 변환하는 형태의 콘트롤러는 [트랜지스터나 게이트 턴-오프(gate turn-off; GTO)소자로 구성된] 조절가능한 전압 및 전류 인버터 또는 펄스폭 변조 인버터를 포함하여 이루어져 있다. 이러한 모든 경우에 있어서, 유용한 메인 주파수(mains frequency)는 정류회로에 의해 DC변환된 후에 AC기기에 공급되기 위해 필요한 AC주파수로 역변환되게 된다. 이와 같은 콘트롤러의 단점은 DC링크(DC link)에서의 필요한 에너지 저장설비를 포함하는 DC변환처리에서의 부수적인 소자와 관련된 비용이 더 든다는 것이다.
그리고, SCR기술을 이용하는 라인을 변환하는 콘트롤러는 각 SCR의 음극 및 양극간의 역바이어스전압의 인가와 더불어 어떤 위상에서의 라인 전류의 영점교차(zero crossing)에 의존하는 것으로, 통상 정류기/인버터의 조합(이 경우에는 DC링크를 구비할 필요가 있음)이나 사이클로컨버터(cycloconverter)와 같은 AC/AC변환기에 의해 구성된다.
사이클로컨버터의 특성은 공급된 입력주파수(전형적으로, 메인 주파수)의 몇 개의 약수(submultiple)로 된 출력주파수를 산출하는 것이다.
이 사이클로컨버터는 구비하고 있는 SCR의 개수와 그들의 구성형태의 함수로 표현되는 상단 주파수경계(upper frequency bound)에 의해 제한되게 된다. 예컨대, 50Hz의 메인 입력주파수를 갖는 3상, 3펄스 사이클로컨버터의 경우에는 발생되는 최고 출력주파수가 약 20Hz로 된다. 사이클로컨버터로부터의 출력주파수의 상단 경계는 발생된 파형에서의 고조파(harmonic)성분의 증가에 기인하는 것인바, 이 고조파성분은 그 파형의 질을 극도로 저감시키게 되고, 그에 따른 손실(loss)로 인해 AC기기내의 열를 증가시키게 된다. 또, 출력 파형의 저질화의 결과로 인해 AC기기내에서 용인될 수 없는 토크 파동(torque pulsation)이 일어나게 된다.
장래의 모든 제어시스템은 AC기기의 가변속도 제어를 제한된 범위내에서 제공할 수 있겠지만, 0 내지 메인주파수의 범위를 초과하는 속도제어를 제공하는 시스템은 가격이 현저하게 고가(高價)로 될 것이다.
따라서, 비교적 가격이 저렴하면서 최대범위(full range)를 초과하는 속도제어를 제공할 수 있는 가변속도 AC제어시스템을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 설계가 비교적 간단하면서 최대범위를 초과하는 속도제어를 제공하는 방법에 의해 동작될 수 있는 시스템을 제공함으로써, 공지된 시스템과 관련된 문제를 해결하고자 함에 그 목적이 있다.
[발명의 개시]
본 발명의 1실시 태양(態樣)은, 0 내지 입력공급 주파수(f1) 내에서의 주파수변환기의 분리된 동작모드에 각각 대응하는 3개의 배타적 속도 범위에서 AC기기를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 분리된 동작모드가, 0 내지 f0(f0는 f1보다 낮음)의 범위에서 거의 연속적인 주파수를 합성하도록 상기 주파수변환기를 동작시키는 제1모드와, 주파수 f0∼f1간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 상기 주파수변환기를 동작시켜 상기 각 주파수 단계간에서 상기 AC기기가 전압제어되도록 입력공급의 위상제어에 의해 상기 AC기기를 제어하는 제2모드 및, 입력공급을 효과적으로 투과하도록 상기 주파수변환기를 동작시켜 상기 AC기기에 입력공급 주파수(f1)를 인가하는 제3모드로 이루어진 것을 특징으로 하는 입력전력공급과 번갈아 접속되는 주파수변환기에 접속되어 있는 AC회전기기의 속도를 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 태양은, 3개의 배타적 모드중 어느 하나에서 주파수변환기를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 3개의 배타적 모드가, 0 내지 f0의 주파수범위에서 발효(發效)되어 상기 주파수범위에서 거의 연속적인 주파수를 합성하도록 주파수콘트롤러를 동작시키는 제1모드와, 주파수 f0∼f1(f0는 f1보다 낮음)간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 발효되어 상기 각 주파수 단계간에서 상기 주파수변환기로부터의 출력전압이 제어되도록 입력공급의 위상제어에 의한 제어를 더 제공하는 제2모드 및, 상기 주파수콘트롤러가 입력공급을 효과적으로 투과시켜 입력공급 주파수(f1)에서 출력을 제공하는 제3모드로 이루어진 것을 특징으로 하는 주파수(f1)를 갖는 입력전력공급에 접속된 AC-AC주파수변환기를 동작시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 태양은, 주파수 f0∼f1간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 주파수변환기를 동작시켜 AC기기가 상기 각 주파수 단계간에서 전압제어되도록 입력공급의 위상제어에 의해 AC기기도 제어하는 것을 특징으로 하는 입력전력공급과 번갈아 접속되는 주파수변환기에 접속되어 있는 AC회전기기의 속도를 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 태양은, 입력전력공급에 접속되는데 적합하면서 AC기기에 공급되는 출력을 발생시키는 주파수변환기를 구비한 AC기기용 가변속도 콘트롤러에 있어서, 상기 주파수변환기가, 상기 0 내지 f0의 주파수범위에서 발효되어 상기 0 내지 f0의 주파수범위에서 거의 연속적인 주파수를 합성하도록 주파수콘트롤러를 동작시키는 제1모드와, 주파수 f0∼f1(f0는 f1보다 낮음)간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 발효되어 상기 각 주파수 단계간에서 상기 주파수 변환기로부터의 출력전압이 제어되도록 입력공급의 위상제어에 의한 제어를 더 제공하는 제2모드 및, 상기 주파수콘트롤러가 입력공급을 효과적으로 투과시켜 입력공급 주파수(f1)에서 출력을 제공하는 제3모드로 이루어진 0 내지 입력공급 주파수(f1)의 범위내에 있는 3개의 배타적 속도범위에서 상기 주파수변환기를 동작시키는 프로세서수단에 상주하는 프로그램에 의해 제어될 수 있는 전력스위칭수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 AC기기용 가변속도 콘트롤러를 제공한다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명을 보다 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 우선 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 유도기기와 메인 접속된(mains-connected) 사이클로컨버터에 대한 전력 및 제어회로를 나타낸 도면.
제2도는 유도기기의 동작에 대해 시간 함수로서 전형적인 속도 프로파일(profile)을 나타낸 도면.
제3도는 가변속도 AC구동 콘트롤러의 1 실시예에 대한 제1동작모드를 나타낸 도면.
제4도는 제3도의 가변속도 AC구동 콘트롤러의 제2동작모드를 나타낸 도면.
제5도는 제2동작모드의 다른 예를 나타낸 도면.
제6도는 제3도의 가변속도 AC구동 콘트롤러의 제3동작모드를 나타낸 도면.
제7도는 속도제어를 달성하기 위해 실시되는 순서를 나타낸 흐름도이다.
[우선 실시예의 설명]
승강기(lift car)를 상승 및 하강시키는데 필요한 기기설비에 연결된 3상 유도기기를 구비한 승강기 장착설비(lift 裝着設備)에서의 가변속도 AC구동시스템과 같은 특정한 응용분야를 참조해서 본 발명의 1 실시예를 상세히 설명한다.
3상 유도기기의 각 위상에 대한 전력공급은 종래의 사이클로컨버터에 의해 공급되는데, 이 사이클로컨버터는 메인 공급기(mains supply)에 번갈아 접속되게 된다. 이 경우, 메인 주파수는 50Hz이다.
따라서, 유도기기에 대한 전체 동작범위는 0Hz∼50Hz로 되고, 50Hz의 최고속도는 100πP(라디안/sec)를 갖는 유도기기의 고정자(stator)에 인가된 각회전주파수(angular rotational frequency)에 대응하게 된다.
본 발명의 적용범위는 개시된 실시예에 한정되지 않는바, 본 발명은 AC기기가 단상(single phase)을 포함하는 다른 위상에 의해 구동되는 경우의 실시예에도 마찬가지로 적용할 수가 있다.
본 실시예의 3상 유도기기는 난 슬립-링 회전자형(non slip-ring rotor type)으로, 통상 농형(籠形; squirrel cage) 유도기기로 잘 알려져 있다. 다른 예로서는, 유도기기의 토크(torque)속도특성에 대해 특정한 관련성을 갖고 있는 회전자의 저항을 조절할 수 있는 권선 회전자형(wound rotor type) 유도기기가 있다.
제1도는 f1= 50Hz의 정격 주파수(nominal frequency)를 갖는 3상 입력공급(R,Y,B)과, 사이클로컨버터(10) 및, 3상 농형 유도기기(12)에 동작주파수(f2)를 공급하는 사이클로컨버터(10)로부터의 출력위상(각각 A,B,C의 참조부호가 붙어 있음)을 구비하고 있는 본 실시예를 나타낸 도면이다.
사이클로컨버터(10)에는 3개의 단상 전력회로[14(위상 A), 16(위상 B), 18(위상 C)]가 도시되어 있는데, 이들 전력회로(14,16,18)의 각각은 그 구성요소인 SCR디바이스의 적합한 스위칭동작에 의해 유도기기와 접속되어 각각의 출력위상을 발생시키게 된다. 도시된 예에서는 전력회로중 한개의 회로의 구성만이 상세하게 도시되어 있다. 즉, 전력회로(14)는 더블 쓰리-레그 SCR 브리지(double three-leg SCR bridge)로 이루어져 있는데, 하프 브리지(half bridge)에 있는 3개의 SCR은 각각 입력위상(R,Y,B)에 접속되어 있고, 이 하프 브리지의 출력은 라인 변환처리(line commutation process)를 보조하는 중심이 접속된(center-tapped) 인덕터(20)에 접속되어 있다. 그리고, 위상(A)을 출력하는 전력회로(14)의 SCR에는 간편하게 참조부호 1A∼6A를 붙였는 바, SCR(1A∼3A)은 위상(A)에 대한 출력파형의 상단 반주기(upper half cycle)를 발생시키고, SCR(4A∼6A)은 하단(lower)반주기를 발생시키게 된다.
또, 전력회로(16)와 전력회로(18)는 상기 전력회로(14)와 마찬가지로 구성되어 있다. 따라서, 사이클로컨버터 (10)에는 총 18개의 SCR이 필요하게 된다.
상기 전력회로(14,16,18)는 방전 전자회로(firing electronics; 22)와 기준발생 전자회로(reference generating electronics; 24) 에 접속되어 있는 바, 기준발생 전자회로(24)는 방전 전자회로(22)에 의해 발생되어 SCR(1A∼6A)의 각 게이트전극에 공급되는 게이트 제어펄스에 대한 정확한 타이밍을 제공하게 된다.
각 SCR에 대한 방전 각(firing angle)을 조절함으로써, 사인파와 유사한(quasi-sinusoidal)출력위상파형이 산출되도록 3개의 입력위상(R,Y,B)을 배열할 수가 있는데, 각 위상 전력회로(14,16,18)간의 방전펄스의 타이밍은 정확한 위상간격(phase spacing)을 얻도록 서로에 대해 120°씩 이동되어 있다.
3개의 출력위상파형간의 각변위(angular displacement)는 유도모터의 소망하는 회전방향을 달성하는 위상 회전을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 기준발생 전자회로(24)는 마이크로프로세서(25)의 제어하에 있는데, 이 마이크로프로세서(25)는 현재 설명되는 바와 같은 속도제어계획을 감시하고 발효(發效)시키게 된다.
마이크로프로세서(25)는 이 마이크로프로세서(25)에 의해 호출될 수 있는 루틴(routine)을 포함하고 있는 메모리(23)와 연결되고, 또 감시 시스템(supervising system)이나 외부소자와의 통신을 위한 I/O인터페이스(21)와 연결되어 있다.
이러한 외부 소자중 한개는 디지탈 회전속도계(tachometer; 19)인데, 이 디지탈 회전속도계(19)는 AC기기(12)의 실제 속도를 측정하여 이 측정치를 속도제어계획에서 사용하기 위해 마이크로프로세서(25)에 공급하게 된다. 또 이러한 회전속도계(19) 대신에 광학 속도감지 디바이스를 사용해도 된다.
전형적인 감시시스템는 전체 승강기 장착설비의 전체적인 제어를 행하는 중앙 콘트롤러인데, 이 감시시스템은 승강기내의 승객에 의한 여러 가지의 주문을 받아서 속도제어계획을 실행하는 마이크로프로세서(25)에 필요한 정보인 운행할 거리와 승강기에 대한 속도 프로파일 등을 결정하게 된다.
제2도는 1층의 정지위치에서 목적지층의 정지위치까지 운행하는 승강기에 대한 속도(주파수로서 나타냄)대 시간을 이상적으로 나타낸 도면이다. 이러한 특성곡선은 일반적으로 가속주기(26)와 일정한 속도주기(28) 및 감속주기(30)로 분류된다. 그리고, 동 도면에서는 이상화된 목표속도 프로파일을 곡선(32)으로 나타냈다.
곡선(32)은 3개의 동작모드로 분류되어 있는데, 제1모드는 주파수 0∼f0간에서 동작하는 모드이고, 제2모드는 주파수 f0∼f1간에서 동작하는 모드이며, 제3모드는 주파수 f1에서 동작하는 모드이다.
독립축(independent axis)상의 주파수를 이용하면 각속도(angular velocity)를 편리하게 측정할 수 있는데, 주파수(f1)는 가장 높은 각속도를 갖는 메인 주파수에 대응하는 것으로서, 본 실시예에서는 100πP(라디안/sec)의 각속도를 나타낸 것이다.
제1모드와 제2모드는 가속주기(26)와 감속주기(30)에서 이용된다는 것에 유의해야 한다. 또, 이들 제1 및 제2모드는 승강기가 어떤 층으로부터 가속되는지 또는 어떤 층으로 감속되는지와는 관계가 없다.
제2도를 참조하여 가변속도 AC구동 콘트롤러의 제어에 관련한 상기 3개의 모드 각각에 대해 설명한다.
제1모드는 디지탈 회전속도계(19)에 의해 측정된 유도기기로부터의 속도피드백을 제공하는 종래의 사이클로컨버터 모드에서 동작하는 것이다. 제3도는 사이클로컨버터(10)로부터의 대표적인 단상 출력을 나타낸 것으로서, 3상 입력파형은 f1로서 나타냈고, 그 결과로서 발생되는 사인파와 유사한 출력파형은 f2로서 나타냈다. 따라서, 이상적인 속도 프로파일의 곡선(32)을 따라 시스템이 동작하게 되면, 먼저 주파수 0∼f0간에서 종래의 사이클로컨버터의 제어에 의해 속도가 곡선(32)을 따라 증가하게 된다. 주파수(f0)의 상단 경계는 사이클로컨버터가 만족스럽게 동작할 수 있는 가장 높은 주파수를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 출력파형에서의 고조파성분의 비율은 유도기기의 용인될 수 없는 열이 발생하는 지점까지 출력 주파수와 함께 증가하게 되고, 토크 파동은 승강기시스템의 부적절한 동작을 야기시키게 되어 승강기에 승차하고 있는 승객에게 불안감을 주게 된다.
사이클로컨버터는, 통상 주파수 0∼f0간의 거의 연속적인 주파수를 선택함으로써 속도의 변화를 제어하게 된다. 고정자에 인가되는 전압을 제어함으로써 AC기기(12)의 여진(勵振; excitation)을 조절하기 위해, SCR의 방전에서의 위상지연에 의한 전압제어가 채용될 수도 있지만, 통상 이러한 전압제어는 주파수제어를 통한 속도제어의 부가적 수단으로서 사용되지는 않는다.
제4(a)도 내지 제4(f)도를 참조하여 제2모드에서의 사이클로컨버터(10)의 동작을 설명한다.
유도기기의 속도가 출력주파수(f0)에 대응하게 되면, 사이클로컨버터(10)는 제2모드에 들어가게 된다. 이해를 돕기위해 간단화시킨 형태에서는, 전력회로(14,16,18)의 SCR에 인가되는 게이트 펄스의 타이밍이 제4(a)도 내지 제4(f)도에 도시한 3상 입력파형의 결과치로부터 출력파형을 발생시키도록 하고 있다.
도시된 예에서는 제2모드에서 2단계처리가 발효되게 되는데, 주파수 f0이상에서는 제4(a)도 내지 제4(c)도에 도시된 기본주파수에 대응하는 제1주파수(fx)가 선택되게 된다. 각 위상출력에 대한 이러한 기본주파수는 3개의 입력위상 라인(R,Y,B)으로부터 발생된 파형의 결과치에 의해 결정되게 된다.
주입된 부분주기가 적합한 위상의 제1반주기에 부가됨으로써 출력위상 주파수의 후속되는 기본성분을 제공하게 된다는 것을 제4(a)도로부터 알 수가 있다.
제4(a)도 내지 제4(c)도에 나타낸 바와 같이, 제2도에 도시된 전력회로(14,16,18)내의 각 SCR(1A∼6A, 1B∼6B, 1C∼6C)이 도통상태에 있을때의 각 출력위상에 대해 그 참조부호를 붙였다. 시간축상에는 각 전력회로의 더블 브리지에서 여러개의 SCR에 대한 도통상태간의 위상당 변환을 나타냈다.
유도기기(12)가 주파수(fx)에 대응하는 속도에 도달하게 되면, 제어시스템은 fx에 대응하는 주파수를 갖는 출력위상을 합성함으로써 제2모드에서의 제2단계를 실시하게 된다. fx와 fY간의 속도의 증가는 SCR의 게이트에서 위상제어를 행하여 고정자 전압을 제어함으로써 달성되게 된다. 즉, 유도기기의 회전속도는 주파수의 함수일 뿐만 아니라 고정자 전압의 함수이다.
제4(d)도 내지 제4(f)도에 나타낸 바와 같이 기본성분(fY)을 갖는 출력위상 파형은 1개의 주입된 부분주기만을 포함하여 합성되게 된다.
각 출력위상파형의 기본 주파수를 계산하는데 사용되는 식은 다음과 같다.
(여기서, t1= 입력 메인 주파수의 주기,
m = 주입된 부분 주기의 개수.)
제1단계에서는 t1= 20msec이고, 제4(a)도 내지 제4(c)도에 대해 주입된 부분주기의 갯수가 2이므로,
으로서 거의 22Hz로 되게 된다.
그리고, 제2단계에서는 상기 식을 이용하여 출력주파수가 다음과 같이 결정되게 된다.
유도기기(12)가 주파수(fY)로 표현되는 속도에 도달하게 되면[즉, 회전자 슬립(slip)의 감소], 기준발생 전자회로(24)의 조정에 의해 최종주파수(f1)가 발생되고, 상술한 바와 같이 고정자 전압제어에 의해 속도가 증가하게 된다.
제2모드의 동작이 이와 같이 단순하지 않은데, 이는 거의 항상 고정자 전압이 입력공급 전압보다 낮아지도록 요구되기 때문이다. 제4도는 고정자 전압이 때때로 입력공급 전압을 초과하는 경우를 나타낸 것이다. 통상적으로는, 주파수(f0,fx,fY,f1)간의 속도변환을 제어하는 것뿐만 아니라, 결과적인 고정자 전압을 저감시키는 SCR의 방전에서의 단상 제어형태가 채용되게 된다.
그리고, 결과적인 파형을 발생시키는 것은 다음의 1개 이상의 정(positive)의 파형(정의 반주기의 경우)을 주입하는 것만큼 단순하지는 않다. 제4도에는 f0와 f1간에서 2개의 주파수 단계만을 나타냈지만, 균일한 가속 및 감속특성을 구비하기 위해 더 많은 개수의 단계가 제공되는 것이 바람직하다. 제5도에는 고정자 파형을 합성하기 위해 채용될 수 있는 다른 예를 나타낸 것으로서, 동 도면에는 한 개의 위상만을 나타냈다.
제5(a)도는 의사 사인파(pseudo-sinusoidal)출력을 합성하기 위해 서로 다른 갯수의 인접하는 주기를 주입하는 경우를 나타낸 도면으로서, 비선형성을 설명하기 위해 주기가 교번형태로 선택되어 있다. 2개의 완전한 출력주기(Tn)가 도시되어 있는데, 이 출력주기(Tn)는 반복형태에 대한 기본단위이다. 이러한 반복형태는 정의 반주기로 된 2개의 입력주기와 부(negative)의 반주기로 된 3개의 입력주기로 이루어진 제1입력주기와, 정의 반주기로 된 3개의 입력주기와 부의 반주기로 된 2개의 입력주기로 이루어진 제2입력주기로서 설명될 수 있는 바, 이러한 반복형태가 계속해서 반복되게 된다. 또, 상술한 바와 같이 출력전압을 조절하기 위해 위상제어가 제공되게 된다.
제5(b)도는 위상제어가, 발생된 출력파형이 합성되는 특정한 입력위상의 영점교차에 관계없이 이루어지는 다른 예를 나타낸 도면으로서, 동도면에서는 3개의 완전한 출력주기(Tn)가 식별될 수 있다. 또, 위상제어에 의해 출력전압을 조절할 수가 있다.
주파수(f0 ,f1)간에도 많은 개수의 중간단계가 설정될 수 있는데, 제2모드에서 주파수의 각 증가가 주기의 완전한 부분(integral fraction)에서 일어나는 것이 바람직하다. 즉, SCR방전을 조절함으로써 일정한 전압제어를 행하는 것이 바람직하다.
제6(a)도 내지 제6(c)도는 제3모드의 동작에 대응하는 f2= f1의 기본주파수를 갖는 각 출력위상파형을 나타낸 도면이다. 유도기기(12)는 입력주파수로서 메인 주파수(f1)를 공급받음으로써, 최고속도에서 동작하게 된다. 사실상, 위상 전력회로(14∼18)의 각각에서 2개의 SCR만이 이용되고 있는데, 각각의 정 및 부의 반주기 사이에서 정상적인 라인변환을 행함으로써 상기2개의 SCR은 필요한 순간에 게이트(gate) 될 수가 있는 것이다. 이 모드에서는 사이클로컨버터(10)가 AC기기(12)로 효과적으로 투과되게 되는데, 이것은 AC기기(12)가 입력(R,Y,B)에 직접 접속되는 것으로 생각된다. 제6(a)도에 나타난 예는 위상(A)에 관한 것으로서, SCR(1A,4A)만이 도통상태에 있고, 나머지 SCR은 항상 차단상태로 되어 있다.
제3모드에서는 유도모터(12)에 공급된 주파수가 상술한 메인 주파수와 같은 것이지만, 유도기기(12)에 의해 달성된 회전속도는 승강기와 관련된 평행력과 그 균형 추(counterweight)중 어떤 한개에 의존하여 정격 최고속도보다 약간 높거나 약간 낮은 것이 좋다. 즉, 아래쪽으로 운행되는 만원의(fully loaded) 승강기는 정격 최고속도를 넘어서게 되고, 윗쪽으로 운행되는 만원의 승강기는 정격 최고속도에 도달하지 못하게 된다.
피드백이나 위상제어에 의한 속도조절이 제1모드에서의 경우와 같이 필요치 않게 되는데, 그러한 위상제어에 의한 입력공급이 급변함으로써 발생되는 손실흐름(losses flowing)으로 인한 기기의 열을 줄이고, 효율을 증가시키는 잇점을 갖고 있다.
제7도에 도시된 흐름도는 방전 전자회로(22)와 기준발생 전자회로(24)를 효과적으로 제어하는 마이크로프로세서(25) 및 메모리(23)에 상주하는 소프트웨어를 실시하는 단계를 나타낸 것이다.
이 흐름도는 후술되는 설명 내용을 고찰하면 특히 자명한 것이라고 생각된다.
상술한 바와 같이 제어시스템의 동작은 유도기기(12)가 가속하고 있는지 또는 감속하고 있는지에 관계없이 운용되게 된다. 따라서, 1층의 정지위치로부터 다른 층의 정지위치로 운행되는 승강기의 정상동작에서는, 제2도에 도시된 바와 같이 3개의 모드간의 교환이 이루어지게 된다.
시간 = 0에서부터 승강기가 가속되기 때문에, 제어시스템은 제1모드에서 동작하게 된다. 승강기가 주파수(f0)에 대응하는 속도에 도달하게 되면, 제어시스템은 제2모드 동작으로 스위칭되게 된다. 이 제2모드 동작에서는, 다음의 최고목표 주파수가 콘트롤러에 의해 선택되기 전에 유도기기(12)가 회전속도의 관점에서 도달하는 복수개의 중간주파수 단계를 수용하고 있다. 유도기기(12)가 이들 중간주파수중 마지막 중간주파수(f1)에 도달하게 되면, 제3모드로 들어가게 되어 사이클로컨버터(10)로부터의 출력주파수가 메인 주파수로 선택되게 된다. 그 후, 유도기기(12)는 공급주파수에 대응하는 최고속도에 도달하거나 넘어서게 되어, 승강기는 목적지층으로 감속할 시간까지 이 속도로 진행하게 된다.
이어서, 가속주기 동안 실행된 처리가 역전되어 반복되게 된다. 즉, 제어시스템이 제3모드로부터 제2모드로 들어가게 되고, 유도기기(12)의 속도는 제2모드에서 제공된 각각의 중간주파수쪽으로 감속되어 제1모드가 시작되는 지점까지 감속되게 되는데, 이 제2모드는 정상 사이클로컨버팅 모드이다. 제2모드에서의 감속기간 동안에는 기기제동(machine braking)이 이루어지게 된다. 이때, 실제의 회전속도보다 낮은 주파수를 주입함으로써 제동효과가 발생하게 되는 데, 이 제동효과는 여러 가지 관점에서 DC제동과 유사하지만, 기기열(machine heating)을 훨씬 낮게 발생시키고, 제동에너지의 입력(R,Y,B)에서 재생성(regeneration)을 허용하게 된다.
유도기기(12)의 속도가 제1모드의 최상단 경계(uppermost bound)에 도달하면, 승강기가 목적지층에서 정차하기 위해 속도피드백을 이용하는 사이클로컨버팅 주파수제어에 의해 속도를 더 감소시키게 된다.

Claims (9)

  1. 0 내지 입력공급 주파수(f1) 내에서의 주파수변환기의 분리된 동작모드에 대응하는 각각 3개의 배타적 속도범위에서 AC기기를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 분리된 동작모드가, 0 내지 f0(f0는 f1보다 낮음)의 범위에서 거의 연속적인 주파수를 합성하도록 상기 주파수변환기를 동작시키는 제1모드와, 주파수 f0∼f1간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 상기 주파수변환기를 동작시켜 각 주파수 단계간에서 상기 AC기기가 전압제어되도록 상기 AC기기를 입력공급의 위상제어에 의해 제어하는 제2모드 및, 입력공급을 효과적으로 투과하도록 상기 주파수변환기를 동작시켜 상기 AC기기에 입력공급 주파수(f1)를 인가하는 제3모드로 이루어진 것을 특징으로 하는 입력전력공급과 번갈아 접속되는 주파수변환기에 접속되어 있는 AC회전기기의 속도를 제어하는 방법.
  2. 3개의 배타적 모드중 어느 하나에서 주파수변환기를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 3개의 배타적 모드가, 0 내지 f0의 주파수범위에서 발효되어 상기 주파수범위에서 거의 연속적이 주파수를 합성하도록 주파수콘트롤러를 동작시키는 제1모드와, 주파수 f0∼f1(f0는 f1보다 낮음)간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 발효되어 상기 각 주파수 단계간에서 상기 주파수변환기로부터의 출력전압이 제어되도록 입력공급의 위상제어에 의한 제어를 더 제공하는 제2모드 및, 주파수콘트롤러가 입력공급을 효과적으로 투과시켜 입력공급 주파수(f1)에서 출력을 제공하는 제3모드로 이루어진 것을 특징으로 하는 주파수(f1)를 갖는 입력전력공급에 접속된 AC-AC주파수변환기를 동작시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1모드에서 상기 주파수변환기는 사이클로컨버터로서 동작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2모드의 동작에 있어서, 상기 주파수변환기로부터의 각 출력파형의 각 반주기는, 1개의 입력위상의 반주기와 다음의 입력위상으로부터의 동일한 극성을 갖는 1개 이상의 후속되는 반주기의 결과에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 결과를 전개하는데 있어서, 1개의 반주기로부터 다음의 1개의 후속되는 입력위상의 동일한 극성을 갖는 다른 반주기로의 변환은, 다음의 반주기의 파형의 절대 크기가 현재의 반주기의 파형의 절대 크기보다 큰 경우에 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 주파수 f0∼f1간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 주파수변환기를 동작시켜 AC기가 상기 각 주파수 단계간에서 전압제어되도록 입력공급의 위상제어에 의해 AC기기도 제어하는 것을 특징으로 하는 입력전력공급과 번갈아 접속되는 주파수변환기에 접속되어 있는 AC회전기기의 속도를 제어하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 1항에 있어서, 첨부된 도면에 나타낸 예 중 어떤 한 개의 예를 참조하여 설명된 바와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 입력전력공급에 접속되는데 적합하면서 AC기기에 공급되는 출력을 발생시키는 주파수변환기를 구비한 AC기기용 가변속도 콘트롤러에 있어서, 상기 주파수변환기가, 상기 0 내지 f0의 주파수범위에서 발효되어 상기 0 내지 f0의 주파수범위에서 거의 연속적인 주파수를 합성하도록 상기 주파수콘트롤러를 동작시키는 제1모드와, 주파수 f0∼f1(f0는 f1보다 낮음)간의 중간주파수 단계의 복수개의 출력파형을 합성하도록 발효되어 상기 각 주파수 단계간에서 상기 주파수변환기로부터의 출력전압이 제어되도록 입력공급의 위상제어에 의한 제어를 더 제공하는 제2모드 및, 상기 주파수콘트롤러가 입력공급을 효과적으로 투과시켜 입력공급 주파수(f1)에서 출력을 제공하는 제3모드로 이루어진 0내지 입력공급 주파수(f1)의 범위내에 있는 3개의 배타적 속도범위에서 상기 주파수변환기를 동작시키는 프로세서수단에 상주하는 프로그램에 의해 제어될 수 있는 전력스위칭수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 AC기기용 가변속도 콘트롤러.
  9. 제8항에 있어서, 첨부된 도면에 나타낸 예를 참조하여 설명된 바와 같은 것을 특징으로 하는 AC기기용 가변속도 콘트롤러.
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