KR100220165B1 - 엘리베이터를 제어하기 위한 과정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 속도-제어 엘리베이터 드라이브를 조절하기 위한 과정에 관한 것이다. 엘리베이터 장치를 구동시키는 교류모터(28)는 제어주파수 및 전압을 모터(28)에 공급하는 주파수 변환기(26)에 의해서 조절된다. 엘리베이터의 부하조건은 엘리베이터 칸내의 부하계량장치(32)에 의해서 측정된다. 동력한계치(P_A)는 기준값으로서 엘리베이터 장치에 입력되며 주파수 변환기에 주어지는 속도기준(38)은 동력한계치(P_A) 및 부하조건에 근거하여 결정된다.

Description

엘리베이터를 제어하기 위한 과정

통상의 상황에서 엘리베이터의 제어의 목적은 매번 엘리베이터가 작동될 때마다 가능한 빠르게 출발하는 층과 목표층 사이의 거리를 통과하는 그런 방법으로 엘리베이터를 구동하는 것이다. 그러므로 엘리베이터 모터는 엘리베이터의 가속, 감속 및 속도가 모든 환경에서 승객들에게 불편을 주지 않을 정도로 제어된다. 이러한 제어를 위해서 엘리베이터 드라이브를 공급하는 전기 네트워크가 엘리베이터 작동시 모든 상황에서 충분한 동력을 소비하는 것이 필요하다. 통상의 사용시에 이것은 문제가 되지 않는다.

동력공급에 교란이 발생될 때, 엘리베이터는 의도된 방식으로 작동되지 않는다. 동력손상에 대처하기 위해서, 엘리베이터는 엘리베이터 칸이 착지 구동되게 하는 안전장치를 구비한다. 전기공급의 긴 단절시에는 예비 동력 시스템의 연결이 필요하게 되는데, 이것은 일반적으로 승객들에 의해 이용될 수 있는 네 개의 엘리베이터중에서 하나에 대해서만 유지되도록 설계되어진다. 이러한 경우에 엘리베이터의 수송용량은 극적으로 감소된다.

교란은 실제 동력단절이 발생하지 않더라도 전기에너지의 공급에 나타날 수 있다. 전기공급 네트워크에서 전압은 공칭값 아래로 떨어질 수 있으며 또는 주파수 변동은 허용 한계치를 초과할 수 있다. 그러한 경우에 전기 네트워크에서 또한 전기의 소비에 의해서 사용되는 보호장치는 소정의 사전설정 한계값이 도달되었을 때 일반적으로 작동된다. 엘리베이터 장치에서 그러한 상황은 전기분배 네트워크가 약한 지역에서 발생할 수 있으며 또한 구조시 동력이 용량에 불충분한 임시 전기공급 시스템에 의해 공급될 때 발생할 수 있다. 네트워크내에서 전압이 단락될 때, 네트워크의 부하용량은 일반적으로 감소되어서 통상 크기의 부하가 네트워크상에 과부하를 일으켜, 이 전압에서 또 다른 단락을 야기시키고 보호장치의 작동 및 동력의 단절을 야기시킨다.

코네 엘리베이터 게엠베하(Kone Elevator GmbH)가 출원한 특허공보 US 5 229 558로부터 공급전압이 떨어질 때 엘리베이터가 보다 낮은 속도 및/또는 가속 즉 상응하게 감소된 동력필요량으로 구동되는 해결책이 개시되어 있다. 그렇지만 이 공보는 계산상 엘리베이터의 실제 동력필요량을 취하지는 않으며, 수송용량, 즉 엘리베이터의 이송속도가 전기 네트워크의 조건에 기초하여 감소된다.

본 발명은 속도-제어 엘리베이터 드라이브를 조절하기 위한 과정에 관한 것이며, 엘리베이터 장치를 구동하는 교류모터는 제어되는 주파수 및 전압을 모터에 공급하는 주파수 변환기에 의해 제어되고, 상기 엘리베이터 장치는 엘리베이터의 부하조건을 감지하는 장치를 구비한다.

도 1은 본 발명에 따른 엘리베이터 드라이브를 도시한 도면.

본 발명의 목적은 네트워크가 예를 들어 예비동력공급원의 사용시 제한된 동력공급용량을 가질 때 최적하게 작동되는 신규한 속도-제어 엘리베이터 드라이브를 성취하는 것이다. 또 다른 목적은 네트워크 허용치를 초과하는 부하를 네트워크상에 부과하지 않으며, 상이한 부하조건에서 최대구동속도를 허용하는 엘리베이터 모터를 제어하기 위한 과정을 이루어내는 것이다. 본 발명의 과정은 동력한계치가 기준값으로서 엘리베이터 장치에 입력되고 주파수 변환기에 주어진 속도기준부가 부하조건 및 동력한계치에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따라서, 동력한계치는 엘리베이터의 공칭동력에 대해 상대값으로서 주어진다. 본 발명의 또다른 실시예에 따라서, 부하조건은 엘리베이터의 부하계량장치의 측정신호로부터 결정된다. 본 발명의 제3 실시예에 따라서, 동력한계치는 네트워크의 동력공급용량에 의해서 결정된다. 본 발명에 의해서 엘리베이터 드라이브에 사용가능한 모든 에너지는 최적하게 이용된다. 이것은 사용가능한 동력이 통상보다 명확하게 낮은 값으로 제한되는 예비동력상황에서 특히 중요성을 가진다.

본 발명의 해결책에서 엘리베이터 제어 시스템내에서 모터 드라이브는 주어진 조건에 의해 스스로 그 러닝속도를 결정할 수 있다. 바람직한 조건모드는 상대동력을 이용하는 것이다. 사용되는 주파수 변환기의 신규한 타입의 특성에 의하여 엘리베이터는 심지어 최대부하조건하에서도 통상 동력의 12∼25%만을 가지고 출발될 수 있다. 그렇지만 이것은 비어 있는 엘리베이터가 아래쪽으로 매우 천천히 이동되는 결과를 가져온다. 엘리베이터 칸내에 승객이 있다면, 엘리베이터가 균형추에 의해 50% 정도 균형잡히기 때문에 하향구동되기 위해 필요되는 동력은 감소된다. 비상작동시에 주로 기구의 효율에 따라서, 명백하게 부하가 공칭부하의 절반 이상일 때, 엘리베이터는 칸을 이동시키기 위해 더 이상의 동력을 요구하지 않는다. 그렇지만 모터자화 및 제어장치는 통상 동력의 10∼25%를 요구한다.

예를 들어 예비동력용량이 중간크기 건물의 대표적인 원칙상으로 설계되는, 4개의 엘리베이터를 포함하는 엘리베이터 그룹의 경우에, 사용가능한 에너지는 모든 작동상황에서 하나의 엘리베이터에 대해 충분하다. 본 발명의 해결책을 사용함에 의해 각각의 엘리베이터에는 통상 동력의 25%가 할당될 수 있다. 부하 조건에 따라서 몇 개의 또는 심지어 모든 엘리베이터는 최고속도로 구동될 수 있다.

예비동력작동과 연관되어 적용될 때 본 발명에 의해서 제공되는 중요한 장점은 승객에게 형성되는 안도감인데, 이것은 엘리베이터가 정전후 즉시 전등이 다시 켜진 후에 다시 이동되기 시작한다는 사실에 의해서 성취된다. 선택적으로 사용가능한 전원 및 시장수요에 따라, 서비스의 질에 있어서 장점의 일부는 비용을 절약할 수 있고 서비스의 현 레벨은 상당히 낮은 가격에 다다를 수 있다. 이 장점은 예를 들어 일반적으로 두 개의 엘리베이터를 가지는(이것은 기다리는 시간이 문제되지 않는다는 것을 의미한다) 주거용 고층건물에서 성취될 수 있으며, 또한 이 장점은 예비동력시스템의 공칭동력이 모든 상황에서 모든 엘리베이터에 느리긴 하지만 여전히 비상작동을 보장하는 한편 본 동력레벨의 4분의 1 정도로 또는 서비스 질의 레벨을 상당히 감소시키지 않으면서 절반정도로 낮추어질 수 있다는 사실로써 야기된다.

본 발명은 정전이 매우 일상적인 지역에서 특히 큰 장점을 제공한다. 이러한 경우에 본 발명의 해결책은 거의 통상적인 또는 준 통상적인 엘리베이터 작동을 가능케 한다. 그러므로 비정상적인 상황은 주어지는 특별지시를 필수적으로 요구하지 않거나, 승객의 행동에 영향받지 않는다. 순수하게 축전기로 작동되는 해결책에 비해서 본 발명은 에너지 저장의 유지 및 설치 비용에서 비용절약이 가능하게 한다. 또 다른 장점은 제어하기 위한 전기의 공급 및 주변장치로 이루어진다.

본 발명이 특히 큰 이익을 제공하는 또 다른 적용분야는 초 고층건물에서의 화재상황이다. 이러한 건물에서 현재의 기술로도 그런 높은 효율계수를 가지는 소위 기어레스 엘리베이터가 사용되는데, 예를 들어 엘리베이터가 만재된 상태에서 아래로 또는 텅빈 상태에서 위로 구동될 때 네트워크내로 에너지를 재공급하는 것은 이치에 닿는다. 최상의 경우에 되돌아오는 전기동력은 공칭동력의 90%에 상응한다. 이러한 목적에서 모터 드라이브는 정확한 주파수, 형상 및 전압의 전류를 생산하는 소위 제어 메인 브리지를 구비한다.

화재시에 엘리베이터는 건물의 내부 네트워크를 경유하여 다른 엘리베이터에 의해 생산된 에너지를 이용할 수 있으며, 따라서 비상상황에서는 칸이 일반적으로 만재상태로 내려가고 이러한 상황에서는 일반적으로 항상 한명의 소방수가 칸에 탑승하고 있는 거의 비어 있는 상태로 올라가기 때문에 이러한 경우에 모든 엘리베이터는 줄곧 최고속도로 구동될 수 있다. 예를 들어 엘리베이터가 비어 있는 상태에서 아래로 구동될 때 엘리베이터 장치에 일시적으로 무거운 부담이 지워진다면 다른 엘리베이터에 의해 발생된 동력은 예비동력시스템상에 과부하의 발생을 나타낸다.

화재상황에서 또다른 장점은 엘리베이터가 구조작업시 최대용량으로 운행될 수 있다면, 엘리베이터는 통상의 조명 및 펌프와 같은 건물내의 다른 장치에 대해 상당한 양의 추가동력을 발생할 수 조차 있다는 것이다. 그러므로 본 발명의 해결책을 이용함으로써 구조작업의 계획의 기본가정을 변경하는 이로움이 있고 또한 초고층건물에서의 화재시 및 구조작업이 예비동력에 의존될 때 최대의 엘리베이터 서비스가 사용가능하게 된다. 이것은 총비용의 상당한 증가없이 가능하다.

동력한계치는 작동중의 엘리베이터 사이에서 비례하여 설정될 수 있다. 전력의 불충분한 공급을 받는 지역에서 이것은 네트워크상의 근본적인 다른 부하를 고려함으로써 동력한계치가 결정되도록 하거나, 동력이 특정날짜의 특정시간에 따라 변화할 수 있다면 동력한계치는 날마다의 리듬에 따라 또한 조절될 수 있다.

본 발명은 도 1을 참조하여 다음에 설명된다.

엘리베이터 기술에 공지된 방법으로, 호이스팅 모터(28)는 직접적으로 또는 기어 시스템을 경유하여 서로 모터축에 결합되는 엘리베이터 호이스팅 로프(4) 및 견인도르래(2)에 의해 엘리베이터 칸(6) 및 균형추(8)를 이동시킨다. 주파수 변환기는 3상 컨덕터(40)를 경유하여 전원에 또한 3상 컨덕터(41)를 경유하여 모터(28)에 연결된다. 그 부분에 대한 엘리베이터 제어 시스템은 승객에 의해 주어지는 호출과 엘리베이터 시스템내의 내부지시에 따라서 단일칸/복수의 칸의 이동을 처리한다. 이들의 실행은 적용에 따라 상당히 다변하며 본 발명의 작동에는 영향을 미치지 않는다. 비록 엘리베이터 그룹이 표준 설계의 동일한 엘리베이터들로 구성되지만, 각각의 엘리베이터는 각각의 공칭동력을 가진다.

엘리베이터 부하는 엘리베이터 칸(6)내에 장착된 부하계량장치(32)에 의해 측정된다. 무게 데이터를 이용하여 유니트(37)는 엘리베이터의 호이스팅 시스템의 요소 및 기구의 질량에 근거한 부하신호(36)를 발생한다. 부하 데이터는 호이스팅 모터의 축상에 작용하는 부하토크, 즉 부하상태를 지시한다. 부하토크는 균형추, 칸 및 로프의 질량뿐만 아니라 로프의 서스펜션비 및 기어시스템의 전동비에 따른다.

통상의 주파수 변환기 제어식 엘리베이터 드라이브에서, 상기 모터에는 요구되는 가속 및 이송속도를 위해 충분한 토크를 전개하는, 제어된 주파수의 전압이 공급된다. 4-쿼드란트 제어하의 드라이브에서, 모터가 발전기 모드로 작동할 때, 모터에 의해 발생되는 동력은 공급 네트워크내로 되돌아갈 수 있다. 선택적으로, 발생된 동력 또는 그 일부는 저항기내에서 열로 변환된다. 주파수 변환기에는 엘리베이터의 이송속도 또는 모터의 회전속도, 부하 또는 토크 그리고 전압 및 전류의 실제값을 나타내는 입력 데이터가 공급된다.

본 발명을 이용하는 해법에서, 주파수 변환기는 공급 네트워크에 연결된 메인 브리지(42) 및 모터에 연결된 모터 브리지(46)로 구성된다. 모터 브리지와 메인 브리지는 중간회로에서 직류로 중간회로 컨덕터(43, 45) 사이에 연결된 콘덴서(44)와 함께 연결된다. 이 두 개의 브리지는 예를 들어 IGBT로써 이행된 제어스위치로 구성된다. 이 브리지는 속도 레귤레이터(48)에 의해 제어되며, 이 제어는 공급주파수 및 모터에 공급되는 동력뿐만 아니라 네트워크내로 돌아오는 동력이 작동상황의 요구에 따를 정도로 이행된다. 중간회로 콘덴서내에 저장된 에너지는 급속한 부하변화에 대처하기 위해 이용된다.

각각의 작동상황에서 엘리베이터는 최대동력(P_A)이 지정되며 회전속도에 대한 기준값은 그에 알맞게 결정된다. 엘리베이터가 예비동력발전기에 의해 발생된 동력에 의해 작동될 때 동력제한기(33)로부터 얻어지는 허용출력값은 예를 들어 엘리베이터의 공칭동력의 4분의 1이다. 허용최대출력값은 엘리베이터 제어시스템에 주어진 파라미터와 같은 다른 수단에 의해 또한 한정될 수 있다.

엘리베이터 드라이브에 이용되는 균형추의 크기는 칸부하가 공칭부하의 절반에 달할 때, 평형상태가 엘리베이터 모터와 견인도르래의 축상에서 우세할 정도로 선택된다. 칸부하가 보다 작을 때, 모터축상에 나타나는 토크는 균형추쪽으로 작용하고, 또한 칸부하가 공칭부하의 절반을 초과할 때, 모터축상에 나타나는 토크는 칸쪽으로 작용한다. 따라서 부하무게 데이터는 토크에 정비례하는 양을 제공하고, 또한 기구에 필요되는 구동동력은 속도 및 토크에 비례하는데, P= wT 및 w= P/T로 표시된다. 공칭값과 비교하여 상대값으로써 이들 양을 표현하면 아래첨자 r이 상대값을 의미하고 P_r= P/P_N일 때, w_r= P_r/T_r을 얻는다. 그러므로 공칭동력의 25%로 동력을 제한하는 것은 상대동력값 P_r= 0.25를 의미한다. 따라서 회전속도에 대한 기준은 동력한계치 및 부하무게 데이터로부터 직접적으로 얻어진다. 허용 동력한계치는 예비동력과의 비율, 즉 공칭동력으로 엘리베이터에 할당된 예비동력의 비에 상응하는 대응값만큼 주어진다. 복수의 엘리베이터가 동일한 예비동력 발전기에 연결될 때, 각각의 엘리베이터는 각각의 동력한계치를 할당받는데, 이것은 엘리베이터들이 엘리베이터 드라이브를 위해 설계된 총예비동력을 공유하고 있다는 것을 의미한다.

엘리베이터(37)로부터 부하데이터(컨덕터(36)) 및 허용동력(P_A)을 결정하는 신호는 T_L이 부하데이터일 때 사용가능 동력으로 가능한 기준속도(ω_ref= P_A/T_L)를 결정하는 디바이더(34)로 입력된다. 디바이더(34)에 의해 결정된 속도기준치(ω_ref)는 주파수 변환기(26)내에서 속도 레귤레이터(48)로 컨덕터(38)를 경유하여 취해지는데, 그 출력을 이 속도 레귤레이터가 적절하게 조절한다. 따라서 네트워크를 형성하는 주파수 변환기에 의해 취해진 동력은 상기된 한계치내에 남게 된다. 모터축에 연결된 회전속도계(31)는 속도 레귤레이터(48)로 컨덕터(39)를 경유하여 취해진 실제속도값(ω_act)을 제공한다.

엘리베이터의 이송방향 및 부하에 따라서, 상이한 부하조건은 구별되어질 수있다. 칸이 절반가량 찬 상태에서 엘리베이터가 이송될 때, 부하토크는 매우 낮고 이전 단락에 의한 동력한계치 설정은 이송속도를 조금도 감소시키지 않는다. 엘리베이터가 칸이 비어 있는 상태에서 아래로 구동되거나 칸이 꽉 차 있는 상태에서 위로 구동될 때, 부하는 최대치이고 이송속도는 동력한계치에 따라서 감소한다. 에너지 소비와 연관하여 가장 이로운 상황은 엘리베이터가 칸이 비어 있는 상태에서 위쪽으로 또는 칸이 꽉 차 있는 상태에서 아래쪽으로 이송될 때이다. 이러한 상황에서 동력한계치는 각각의 엘리베이터의 구동속도에 한계를 지우지 않지만, 엘리베이터 모터는 발전모드로 작동하며, 각각 네트워크내로 돌아가거나 소비되는 동력을 발생시킨다. 물론 모든 상황에서 모터는 자화 및 동력손실로 동력을 소비해야만 한다.

엘리베이터 모터가 발전기 모드로 작동될 때, 발생된 동력을 네트워크내로 돌려보내는 것은 에너지가 예비동력 네트워크와 연결된 다른 장치에 의해 사용될 수 있기 때문에 바람직하다. 이것이 가능하지 않다면, 동력은 저항기내에서 소산된다. 모터에 출발토크와 상응하는 제로-주파수 전류가 공급되는 경우에 또다른 가능성은 엘리베이터를 제위치로 작동시키는 것이다.

상대동력 한계치는 본 발명의 테두리내에서 몇가지 방법으로 결정될 수 있다. 사전설정된 상대값 외에도 동력한계치는 네트워크의 상태를 나타내는 양의 기능을 할 수 있다. 네트워크 전압이 떨어질 때, 이것은 동력한계치의 계단식 감소를 야기한다.

도 1에 도시된 바와 같이 동력제어가 엘리베이터의 분리조절에 근거하기는 하지만, 예를 들어 동일 엘리베이터 그룹에 속해 있는 엘리베이터와 같은 상이한 엘리베이터의 동력 소비를 관찰함에 의해 부하상태에 따라 각각의 엘리베이터에 대해 동력한계치를 변경하는 것이 가능하다. 이송을 시작하기 위해 요구되는 토크는 엘리베이터가 이동을 시작하도록 발생된다. 엘리베이터의 수송용량 및 속도, 즉 승객의 수, 더 정확하게 말하자면 중량이 단위시간당 이동한 총 거리는 각각의 엘리베이터에 대해 개별적으로 결정된다. 동력한계치가 엘리베이터에 의해 소비된 동력의 양으로서 지시되기 때문에, 모터가 발전기모드로 작동될 때 속도를 제한하지 않는다. 소개시 통상의 상황인 만부하상태에서 아래쪽으로의 엘리베이터 이송은 상기된 바와 같이 동력소비 측면에서 바람직하며, 사실상 모터가 발전기모드로 작동되는 것과 같이 동력을 발생시킨다. 모터는 최고속도로 움직여질 수 있으며, 이것은 수송용량이 최대인 것, 즉 엘리베이터가 최고속도로 최대부하를 가지고 이송되는 것을 의미한다. 따라서 발생된 동력은 소정방법으로 소비되거나 네트워크내로 되돌아가야만 한다. 한편 부하가 작을 때는 아래쪽으로 단지 낮은 속도만이 가능하다. 대조적으로 위쪽으로 상승하는 빈칸 또는 비상의 경우에 한명의 구조대원을 태우고 위쪽으로 상승하는 칸은 상기된 바와 같은 유사한 이점을 제공한다.

이상에서 본 발명은 몇몇 실시예의 도움으로 설명되었다. 그렇지만 이 실시예들은 특허보호의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않으며 본 발명의 실시예는 다음의 청구항에 의해 한정된 범주내에서 다변할 수 있다.

Claims (4)

1. 엘리베이터 장치를 구동하는 교류모터(28)가 제어되는 주파수 및 전압을 상기 모터(28)에 공급하는 주파수 변환기(26)에 의해 조절되고, 상기 엘리베이터 장치가 엘리베이터의 부하조건을 감지하기 위한 장치(32)를 포함하는 속도-제어 엘리베이터 드라이브를 조절하기 위한 과정에 있어서, 동력한계치(P_A)는 기준값으로서 엘리베이터 장치에 입력되고 주파수 변환기에 주어진 속도기준부(38)는 동력한계치(P_A) 및 부하조건에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 과정.
2. 제 1 항에 있어서, 동력한계치(P_A)는 엘리베이터의 공칭동력에 대한 상대값으로서 주어지는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 드라이브.
3. 제 1 항에 있어서, 부하조건은 엘리베이터 칸내에서 부하계량장치(32)에 의해 주어지는 측정신호로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 드라이브.
4. 제 1 항에 있어서, 동력한계치(P_A)는 네트워크의 동력공급용량에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 드라이브.

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