KR100655827B1 - 에스컬레이터 구동기에 대해 주 전원과 주파수 인버터사이에서 그리고 그 반대 사이에서 스위칭하는 방법 - Google Patents

에스컬레이터 구동기에 대해 주 전원과 주파수 인버터사이에서 그리고 그 반대 사이에서 스위칭하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 구동 모터(26)와 출력이 제어 가능한 주파수 컨버터(42)를 포함하는 에스컬레이터(10) 또는 이동 보도 형태의 컨베이어 설비의 구동기를 제어하는 방법에 있어서, 부하 운전 모드에서 구동 모터(26)에는 기본적으로 일정한 라인 주파수(fNetz)로 라인 전압이 공급되고, 공전 운전 모드에서는 주파수 컨버터(42)로부터 출력 전압이 공급되며, 라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압은 주파수 및 위상 위치에 대해 비교되고, 주파수 컨버터(42)는 라인 주파수(fNetz)로부터 소정 간격(Δfup, Δfdown)을 갖는 출력 주파수로 설정되며, 모드를 스위칭하라는 요구가 운반 신호 발생기(48)로부터 수신되고, 모드를 스위칭하라는 요구가 수신된 후에 소정 시점(t1, t4)에서, 컨버터(42)의 출력 주파수가 라인 주파수(fNetz )로부터의 소정 주파수 간격(Δfup, Δfdown)과, 주파수 컨버터의 출력 전압과 라인 주파수(fNetz) 사이에서 달성된 때에, 스위치 전환 신호(58)가 주파수 컨버터 공급부 및 라인 공급부 사이에서 구동 모터(26)를 스위칭하도록 전송되는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
에스컬레이터, 구동 모터, 주파수 컨버터, 운반 신호 발생기, 스위치 전환 신호

Description

에스컬레이터 구동기에 대해 주 전원과 주파수 인버터 사이에서 그리고 그 반대 사이에서 스위칭하는 방법 {PROCESS FOR SWITCHING BETWEEN MAINS SUPPLY AND A FREQUENCY INVERTER AND VICE VERSA FOR AN ESCALATOR DRIVE}
본 발명은 부하 및 공전 운전 모드(load and idle operation mode) 사이에서 스위칭될 수 있는 에스컬레이터 또는 이동 보도(moving sidewalk) 형태의 컨베이어 설비의 구동기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 컨베이어 설비는 기본적으로 일정한 라인 주파수를 공급하는 라인 전압 접속부(line voltage connection)와, 특히 유도 또는 동기 모터 형태의 전기 구동 모터와, 운전 모드를 스위칭하라는 요구를 송신하는 운반 요구 신호 발생기(conveyance demand signal generator)를 포함한다.
승객을 운반하는 에스컬레이터 또는 이동 보도 형태의 전형적인 컨베이어 설비는 구동 모터에 의해 원하는 방향으로 이동되는 순환 밴드(endless band) 형태의 다수개의 밀접한 발판(tread plate)을 포함한다.
이러한 컨베이어 설비의 전력 소비 및 마모를 감소시키기 위해, 컨베이어 설비는 운반이 필요로 될 때만 이동하고, 그렇지 않으면 정지 상태에 이르게 된다. 이를 위해, 운반 요구 신호 발생기가 예컨대 발판, 감광 계전기(photosensitive relay) 또는 수동식 스위치 형태로 제공되어, 운반 요구의 존재가 결정될 수 있다. 운반 요구가 있으면(예컨대, 승객이 발판을 밟았기 때문에), 컨베이어 설비는 소정 시간 동안 운반 모드로 들어간 다음에 어떠한 추가 운반 요구도 소정 시간 내에 결정되지 않으면 오프 상태로 스위칭된다.
컨베이어 설비의 빈번한 온 및 오프 스위칭 중의 최대 부하를 회피하기 위해, 구동 모터를 갑자기 온 및 오프 상태로 스위칭하지 않고 스위칭될 때에 RPM을 선형으로 증감시키는 것이 국제 특허 공개 공보 제98/18711호로부터 알려져 있다. 이러한 컨베이어 설비는 주로 유도 모터를 사용한다. 유도 모터의 RPM은 일정한 라인 주파수를 가지는 교류 전압 네트웍으로부터 직접 공급되는 경우에 유도 모터의 일정한 RPM을 의미하는, 공급된 교류 전압의 주파수에 좌우되기 때문에, 제어 가능한 주파수 컨버터가 사용되고, 이에 의해 공급된 라인 주파수는 제어 가능한 방식으로 라인 주파수와 상이한 출력 주파수로 변환될 수 있다.
부하 운전 모드에서 에스컬레이터 또는 이동 보도의 구동 모터에도 공급하는 주파수 컨버터의 비용은 높은데, 이는 주파수 컨버터가 발생시킬 수 있어야 하는 출력 전력으로 크게 증가하기 때문이다.
구입 및 운전 비용을 낮추기 위해, 국제 특허 공개 공보 제98/18711호는 다음과 같이 제공된다. 즉, 컨베이어 시설은 부하 운전 모드에서는 최고 운반 속도로 이동할 뿐이고, 어떠한 운반도 요구되지 않는 대기 모드 또는 공전 운전 모드에서는 감소된 공전 운전 속도로 작동하는 컨베이어 설비와, 공전 운전 모드 및 스위치 전환 과정(switch-over process) 중에 구동 모터에 공급할 뿐이고, 부하 운전 모드에서는 라인 전압원에 의해 직접 공급되는 주파수 컨버터를 제공한다. 이는 주파수 컨버터의 최대 출력이 훨씬 낮아지도록 설계되는 것을 가능케 하며, 컨베이어 설비의 부하 운전 모드에 적합한 최대 출력을 가진 주파수 컨버터와 비교하여 상당한 비용 절감을 가져온다. 운반 명령이 수행된 후에 어떠한 추가의 운반 요구도 수신되지 않으면, 국제 특허 공개 공보 제98/18711호의 컨베이어 설비는 우선 공전 운전 모드로 바뀌고, 어떠한 새로운 운반 요구도 공전 운전 모드로의 변환 이후에 소정 시간 동안 수신되지 않으면 정지 상태로 들어갈 뿐이다.
언급된 방법은 컨베이어 설비의 최대 부하 및 급격한 속도 변화의 상당한 감소를 달성하였다. 그러나, 구동 모터의 라인 공급부 및 주파수 컨버터의 공급부 사이에서 바뀔 때에, 주파수 컨버터를 과부하시킬 수 있고 컨베이어 설비의 갑작스런 움직임을 야기할 수 있는 구동 모터의 고유 특성 전압으로 인해, 높은 전이 전류(transition current)가 항상 발생할 수 있다. 본 발명은 이러한 문제점들을 해결할 것이다.
이러한 문제점들은 청구항 1에 청구된 바와 같은 본 발명에 따른 방법과, 청구항 11에 청구된 바와 같은 본 발명의 장치로 달성되며, 상기 방법 및 장치의 추가 개선점들은 종속항에 나타나 있다.
또한, 본 발명의 방법으로써, 부하 운전 모드의 구동 모터에는 라인 전압이 공급되고, 공전 운전 모드에서는 주파수 컨버터의 출력 전압이 공급된다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압은 주파수 및 위 상 위치에 대해 비교되고, 주파수 컨버터는 라인 주파수로부터 소정 간격을 갖는 출력 주파수로 설정된다. 운반 신호 발생기가 부하 운전 모드로부터 공전 운전 모드로의 또는 그 반대로의 컨베이어 설비의 스위치 전환에 대한 요구를 송신하면, 모드를 바꾸라는 요구가 수신된 후에 소정 시점에서, 컨버터의 출력 주파수가 라인 주파수에 대해 동일한 간격을 갖고 또한 컨버터의 출력 주파수와 라인 주파수 사이의 소정 위상 간격에 도달하였을 때에, 주파수 컨버터 공급부와 라인 공급부 사이에서 구동 모터의 스위치 전환에 이르게 하는 신호가 발생된다.
대개는 접촉기(contactor)인 라인 공급부와 주파수 컨버터 공급부 사이에서 스위칭하는 데 사용되는 스위칭 장치는 한편으로는 지연이 없지 않고, 한편으로는 주파수 컨버터를 통한 라인의 단락 회로를 방지하기 위해 한 접촉기의 턴-오프와 다른 접촉기의 활성화 사이에서 영전류 시간(zero current time)을 요구한다. 스위치 전환 신호의 발생과 이전의 전도 모드의 접촉기(conducting contactor)의 턴-오프 사이의 어떤 고유 반응 지연(inherent reaction delay)과 결국 다른 접촉기의 활성화가 있는데, 이는 특정 컨베이어 설비의 특정 구성 요소에 좌우된다.
따라서, 주파수 컨버터 공급부와 라인 공급부 사이의 그리고 그 반대 사이의 원활한 전이가 주파수 및 위상 위치의 정합을 위해 라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압을 감시함으로써 그리고 이러한 정합이 결정될 때에 스위치 전환 신호를 발생시킴으로써 달성될 수 없다. 고유 반응 지연이 실제로 스위치 전환을 발생시킬 때까지, 주파수 및 위상 편이(frequency and phase deviation)가 이미 일어났을 것이고, 어떠한 원활한 전이도 라인 공급부와 주파수 컨버터 공급부 사이에서 일어 날 수 없을 것이다.
따라서, 본 발명은 "미리(in advance)" 스위치 전환 과정을 발생시킨다. 즉, 이는 반응 지연과, 이 반응 지연 중에 라인 주파수와 컨버터의 출력 주파수 사이에서 일어나는 주파수 및 위상 변화를 의도한다. 이를 위해, 특정 컨베이어 설비에서 고유 반응 지연과, 이 반응 지연 중에 일어나는 모터 전압의 주파수 변화와, 라인 주파수와 상기 반응 지연 중에 일어나는 컨버터의 출력 주파수 사이의 위상차 변화를 결정하고, 소정 위상 간격뿐만 아니라 소정 주파수 간격이 라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압 사이에 존재할 때에 소정 시간에 스위치 전환 제어 신호를 미리 발생시킨다. 그러면, 원활한 스위치 전환에 필요로 되는 주파수 및 위상 정합은 반응 지연이 종료될 때에 이용 가능하다.
소정 주파수 간격의 부호는 스위치 전환 방향에 좌우된다. 컨베이어 설비의 고유 마찰 손실로 인해, 모터 RPM은 구동 모터에 라인 또는 주파수 컨버터 중 하나에 의해 공급되지 않을 때에 영전류 시간 중에 감소된다. 모터 RPM이 스위치 전환 과정이 종료될 때에 정합되어야 하는 일정한 라인 주파수로 시작하므로, 컨버터의 출력 전압의 소정 주파수 간격은 주파수 컨버터 공급부가 스위치 전환될 때의 라인 주파수 이상이고, 라인 공급부가 주파수 컨버터 공급부로 스위치 전환될 때의 라인 주파수 이하이다.
본 발명의 방법은 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 스위칭되는 에스컬레이터 또는 이동 보도 형태의 컨베이어 설비의 구동기를 제어하는 전기 제어기로 수행될 수 있는데, 이는 기본적으로 일정한 주파수를 갖는 라인 전압 접속부와, 구동 모터와, 모드 전환 요구를 송신하는 운반 요구 신호 발생기를 갖고, 제어기는 출력 주파수가 설정될 수 있는 주파수 컨버터와, 구동 모터가 라인 전압 접속부로 직접 커플링된 부하 운전 모드와, 구동 모터가 주파수 컨버터를 통해 라인 전압 접속부로 커플링된 공전 운전 모드를 구비한 제어 가능한 스위치 전환 설비와, 동기화 장치를 포함하며, 컨버터의 출력 주파수는 설정될 수 있고, 라인 접속부 및 주파수 컨버터의 출력 전압은 주파수 및 위상 위치에 대해 비교 가능하고, 주파수 컨버터는 라인 주파수로부터 소정 주파수 간격을 갖는 출력 주파수로 설정될 수 있으며, 컨버터의 출력 주파수가 라인 주파수에 대한 소정 간격을 모두 가지며 주파수 컨버터 및 라인 전압 접속부의 출력 전압들 사이의 소정 위상 간격에 도달했을 때에, 신호가 모드 스위칭 요구가 수신된 후에 스위치 전환 설비로 송신될 수 있다.
본 발명의 양호한 구성에서, 스위치 전환 설비의 스위칭 장치는 각각 접촉기이다. 에스컬레이터 또는 이동 보도와 관련하여 필요할 때에 스위칭 능력을 위해 설계되는 접촉기는 대개 스위치-오프 신호의 수신과 부전도 모드(non-conducting mode)로의 실제 전이 사이의 고유 스위치-오프 지연과, 스위치-온 신호의 수신과 전도 모드로의 실제 전이 사이의 고유 활성화 지연을 갖는다. 이러한 경우에, 스위치 전환 설비의 고유 반응 지연은 지금까지 전도 모드인 접촉기의 해제 지연과, 어떠한 전력도 구동 모터에 공급되지 않는 영전류 시간, 지금까지 부전도 모드인 접촉기의 활성화 지연을 포함한다.
스위치 전환 신호가 발생될 때에 일어나야 하는 라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압의 소정 주파수 간격 및 소정 위상 간격은 각각의 영전류 시간 그리고 아마도 실제 컨베이어 설비 구성의 각각의 스위치-오프 지연에 기초하여 경험적으로 결정된다. 이를 위해, 영전류 시간 중의 구동 모터의 단자 전압 변화의 주파수 및 위상 위치의 정도와 턴-오프 지연의 길이가 결정된다. 결과는 스위칭 설비가 전도 모드로 될 때에 모터 단자의 전압과 이러한 스위칭 설비에 접속된 모터 공급원 사이의 주파수 및 위상 위치에 대해 적어도 기본 정합이 있게 되도록 스위치 전환 신호가 발생되어야 할 시점이다.
각각의 영전류 시간 중의 구동 모터의 RPM 감소를 고려하기 위해, 컨버터의 출력 주파수는 컨베이어 설비가 부하 운전 모드 또는 공전 운전 모드 중 어디에서 운전되는 지에 따라 라인 주파수 위에 또는 아래에 소정 주파수 간격으로 설정된다. 양자 모두의 경우에, 주파수 간격은 각각의 스위치 전환 과정의 영전류 시간 중의 모터 단자 전압의 감소에 대응하도록 선택된다.
스위치 전환 과정과 관련하여, 본 발명의 한 구성은 컨버터의 출력 주파수가 상승 또는 하강 경사로 설정되도록 제공한다. 이러한 경사의 외측에서, 컨버터의 출력 주파수는 바람직하게는 라인 주파수와 반대로 소정 주파수 간격으로 설정된다. 2개의 지점 조절법(two-point adjustment)이 이를 위해 사용될 수 있다. 한편으로는 구동 모터의 최종 부하 RPM에 신속하게 도달하기 위해 그리고 한편으로는 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로 스위치 전환될 때에 짧은 조절 과정을 얻기 위해, 한 구성은 컨버터의 출력 주파수가 라인 주파수 아래에 소정 간격으로 놓인 제1 램프 부분 상에서 급격한 경사로 설정되고 이러한 간격에 도달할 때에 평탄한 경사로 설정되도록 제공한다.
본 발명의 한 제어기는 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 스위칭하는 스위치 전환 설비를 갖는데, 이는 바람직하게는 2개의 접촉기 및 동기화 장치를 포함하고, 컨버터의 출력 주파수가 설정될 수 있으며, 라인 전압과 컨버터의 출력 주파수는 주파수 및 위상 위치에 대해 비교 가능하고, 주파수 컨버터는 라인 주파수로부터 소정 간격으로 설정될 수 있으며, 스위치 전환 신호가 스위치 모드에 대한 요구가 수신된 후에 주파수 컨버터의 출력 주파수가 모두 라인 주파수에 대해 소정 간격을 갖고 소정 위상 간격이 주파수 컨버터 및 라인 전압의 출력 전압들 사이에서 달성되었을 때에 전송될 수 있다.
이제는 구성에 의해 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 에스컬레이터의 부분 절결 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 제어기로써 부분 블록 형태의 전기 회로도이다.
도3은 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로의 스위치 전환과 관련된 과정의 시간 그래프이다.
도4는 부하 운전 모드로부터 공전 운전 모드로의 스위치 전환과 관련된 과정의 시간 그래프이다.
도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 제어 과정의 흐름도이다.
도1의 부분 절결 사시도에 도시된 바와 같은 에스컬레이터는 본 발명에 따른 컨베이어 설비의 예이다.
도1의 에스컬레이터(10)는 하부 승강장(landing)(12)과, 상부 승강장(14)과, 골격부(framework)(16)와, 순환 밴드를 형성하는 다수개의 연속 정렬된 발판(18)과, 이 발판(18)을 구동시키는 드래그 체인(drag chain)(22)과, 정렬된 발판(18)의 양측 상에서 연장되는 한 쌍의 난간(balustrade)(24)과, 드래그 체인(22)으로 구동 커플링된 구동 모터(26)와, 구동 모터(26)와 협력하는 제어기(28)와, 예컨대 감광 계전기일 수도 있는 승객 센서 형태의 운반 요구 신호 발생기(32)를 포함한다. 발판(18)은 2개의 승강장(12, 14)들 사이에서 승객을 운반하는 플랫폼을 형성한다. 2개의 난간(24)은 각각 발판(18)과 동일한 속도로 구동되는 이동 가능한 핸드 레일(34)을 포함한다. 제어기(28)는 구동 모터(26)에 공급될 전력을 결정하고, 이러한 방식으로 구동 모터(26)의 RPM과 이에 따른 발판(18)의 이동 속도를 제어한다.
도2는 본 발명에 따른 제어기의 구성을 구비한 전기 회로도이다. 제어기는 주파수 컨버터(42)와, 동기화 장치(44)와, 제1 접촉기(K1)와, 제2 접촉기(K2)와, 스위치 전환 제어부(46)와, 운반 요구 신호 발생기로서 사용되는 접촉 매트(48)를 포함한다. 전체 회로 배열은 3상 설계를 갖고, 전체 회로 배열에는 3상 교류 네트웍(three-phase a.c. network)에 의해 3상 라인(L1, L2, L3)가 제공된다.
주파수 컨버터(42)의 입력측은 3개의 네트웍 라인(L1 내지 L3)에 접속된다. 구동 모터(26)는 접촉기(K1)에 의해 주파수 컨버터(42)의 출력측에 접속되고, 접촉기(K2)에 의해 라인(L1 내지 L3)에 접속된다. 3개의 제어 라인(S1, S2, S3)이 동기화 장치(44)로부터 주파수 컨버터(42)의 제어 입력부로 안내된다. 부가적으로, 제어 라인(S4)이 동기화 장치(44)로부터 스위치 전환 제어부(46)의 제어 입력부로 안내된다. 제어 라인(S5)이 스위치 전환 제어부(46)로부터 주파수 컨버터(42)의 또 다른 제어 입력부로 안내되고, 제어 라인(S6)이 접촉기(K1)의 제어 입력부로 안내되며, 제어 라인(S7)은 접촉기(K2)의 제어 입력부로 안내된다. 제어 라인(S8)이 접촉 매트(48)로부터 스위치 전환 제어부(46)의 제어 입력부로 안내된다. 제어 라인(S9)이 스위치 전환 제어부(46)로부터 동기화 장치(44)의 제어 입력부로 안내된다.
제어 라인(S5, S6, S7)은 주파수 컨버터(42)로 또는 접촉기(K1 또는 K2)로 온/오프 제어 신호를 전달한다. 제어 라인(S3)은 동기화 장치(44)로부터 주파수 컨버터(42)로 램프 제어 신호를 전달한다. 제어 라인(S4)은 동기화 장치(44)로부터 스위치 전환 제어부(46)로 스위치 전환 펄스를 전달한다. 제어 라인(S8)은 접촉 매트(48)로부터 스위치 전환 제어부(46)로 운반 요구 신호를 전달한다.
스위치 전환 제어부(46)는 바람직하게는 마이크로프로세서를 구비하여, 주파수 컨버터(42) 및 2개의 접촉기(K1, K2)는 접촉 매트(48)로부터 수신된 운반 요구 신호 또는 동기화 장치(44)로부터의 스위치 전환 신호의 함수로서 스위칭될 수 있다.
동기화 장치(44)는 제어 라인(S1, S2)를 통해 즉 제어 라인(S9)를 통해 동기화 장치(44)로 송신된 제어 신호의 함수로서 컨버터(42)의 출력 주파수(f)의 상승 또는 감소를 제어한다. 동기화 장치(44)의 측정 입력부(E1, E2)가 한 쌍의 라인(50) 또는 한 쌍의 라인(52)에 의해 주파수 컨버터(42)의 2개의 출력 라인 또 는 2개의 대응 네트웍 라인에 접속된다. 측정 입력부(E1, E2)는 네트웍 위상의 위상 위치 및 주파수와, 주파수 컨버터의 출력측 상의 대응 위상의 주파수 및 위상 위치를 측정하는 데 사용된다. 동기화 장치(44)는 측정 입력부(E1, E2)에 접속된 비교기를 포함하여, 라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압은 주파수 및 위상 위치에 대해 서로 비교될 수 있다.
본 발명의 한 구성의 동기화 장치(44)는 부품 식별 번호 GAS-113DG로 덴마크 회사 DEIF로부터 특별하게 개조된 동조 계전기를 사용한다.
다음의 매개 변수는 스위치 전환 펄스가 전송될 때의 시점을 고려하여야 한다.
a) 스위치 전환 펄스의 출현과 접촉기가 부전도 모드로 되도록 접촉기로의 차단 신호의 전송 사이의 고유 지연
b) 차단 신호의 수신과 부전도 모드로의 스위치 전환 사이의 접촉기의 고유 지연
c) 부전도 모드로의 한 접촉기의 스위치 전환과, 전도 모드로의 다른 접촉기의 스위치 전환 사이의 영전류 시간을 형성하는 고유 지연
d) 스위치-온 신호의 수신과 전도 모드로의 스위치 전환 사이의 접촉기의 고유 지연
e) 구동 모터에 네트웍 또는 주파수 컨버터 중 어느 것에 의해서도 공급되지 않을 때, 영전류 시간 중의 컨베이어 설비의 고유 마찰로 인한 구동 모터의 RPM 감소
f) 위상 위치 및 진폭이 모터 시간 상수와 스위치 전환에 요구되는 시간에 좌우되는 구동 모터의 단자 전압. 유도 모터가 구동 모터로서 사용되는 경우에, 다른 매개 변수는:
g) 구동 모터의 미끄러짐(slippage)
이들 매개 변수는 모두 특정 컨베이어 설비에 대해 경험적으로 결정될 수 있다. 이는 컨버터(42)의 출력 주파수가 조절되어야 하는 라인 전압에 대한 소정 간격과, 스위치 전환 펄스가 이전의 부전도 모드의 접촉기가 전도를 시작하게 하도록 전송되어야 하는 시점을 결정하는 것과, 라인 전압과 모터 단자 전압 사이의 주파수 및 위상 정합을 결정하는 것을 가능하게 한다.
동기화 장치(44)는 라인 주파수에 대해 소정 간격으로 컨버터(42)의 출력 주파수를 설정하는 데 사용되고, 소정 위상 간격의 발생은 측정된 라인 위상과 주파수 컨버터(42)의 대응 위상 사이의 위상차를 결정함으로써 이루어진다. 스위치 전환 펄스가 다음의 2개 조건이 충족되었을 때에 동기화 장치(44)에 의해 제공된다.
1. 컨버터(42)의 출력 주파수는 라인 주파수로부터 소정 간격으로 한정된 공차 범위 내에 있다.
2. 감시된 네트웍 위상과 주파수 컨버터(42)의 대응 위상 사이의 위상각은 스위치 전환 펄스의 전송을 뒤따르는 결정 가능한 시간 후에 0으로 된다.
특정 컨베이어 설비의 어떤 위상 위치 변화에 요구되는 시간이 결정될 수 있으므로, 위상 위치의 원하는 정합에 도달하도록 스위치 전환 펄스에 의해 요구되는 소요 시간(lead time)은 결정될 수 있다.
이제는 도3 및 도4를 참조하여 도2에 도시된 회로도의 보다 정확한 작동을 상세하게 설명하기로 한다. 도3은 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로의 스위치 전환 과정을 도시하고 있고, 도4는 부하 운전 모드로부터 공전 또는 대기 운전 모드로의 스위치 전환 과정을 도시하고 있다. 도3 및 도4는 주파수 코스와, 접촉기(K1, K2)의 스위칭 모드와, 시간의 함수로서 스위치 전환 펄스(SP)의 발생을 도시하고 있다. 도3 및 도4에서, fNetz는 라인 주파수를 의미하고, Δfup은 fNetz 위의 소정 주파수 간격을 의미하며, Δfdown은 fNetz 아래의 소정 주파수 간격을 의미한다.
우선 도3을 고려하여 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로의 컨베이어 설비의 스위치 전환 과정을 설명하기로 한다. 컨베이어 설비가 접촉 매트(48)로부터의 운반 요구 신호에 의해 온 상태로 스위칭된 후에, 구동 모터(26)에는 주파수 컨버터(42)로부터 전도 모드의 접촉기(K1)를 통해 공급되고, 구동 모터는 도3에 도시된 컨버터(42)의 출력 주파수의 2단계 상승 경사에 따라 고정자의 회전장(stator's rotating field)에 의해 가속된다. 강력한 가속이 0으로부터 FNetz-1.5 ㎐까지 경사의 제1 경사 부분에 따라 일어난 다음에 FNetz-1.5 ㎐로부터 FNetz를 넘어 FNetz +Δfup까지의 느린 가속이 후속된다.
라인 주파수 변화는 동기화 장치(44)가 라인 주파수를 계속 측정하여 컨버터(42)의 출력 주파수를 설정하도록 스스로 배향되기 때문에 보상된다.
컨버터(42)의 출력 주파수가 fNetz+Δfup이고 0 위상 변동(phase variation)이 고유 스위치-오프 지연 시간(Δtd)과 영전류 시간(Δti)의 합으로부터 얻어졌다는 것을 의미하는 동기의 모든 조건이 충족되었다면, 스위치 전환 펄스는 시간(t1)에서 발생된다. 시간(t2)에서의 접촉기(K1)의 고유 스위치-오프 지연(Δtd) 후에, 접촉기(K1)는 전도 모드로부터 부전도 모드로 바뀌고, 구동 모터(26)는 영전류 모드로 스위칭된다. 모터 전압 주파수는 유도 전동기(induction machine)의 고유 미끄러짐(natural slippage)에 따라 급격하게 감소된다. 그러면, 모터 전압 주파수는 구동 모터(26)에서의 그리고 컨베이어 설비에서의 마찰 손실로 인해 감소된다. Δfup은 미끄러짐과 모터 단자 전압의 감소된 주파수를 고려하면서 선택되었으므로, 후자는 접촉기(K2)가 전도 모드로 스위칭되고 이제 구동 모터(26)에 라인 주파수(fNetz)가 접촉기(K2)로부터 공급될 때에 시간(t3)에서 종료된다.
구동 모터(26)의 고정자 권취부 내측의 전류는 구동 모터(26)가 주파수 컨버터(42)로부터 분리되면 0이다. 그러나, 여전히 자기장이 있다. 이러한 자기장은 고정자 권취부에서 잔류 전압을 유도하는데, 이는 시간이 증가됨에 따라 지수적으로 감소된다. 컨베이어 설비에 사용되는 구동 모터의 큰 시간 상수로 인해, 잔류 전압은 전력이 구동 모터(26)에 재공급될 때에 여전히 높다.
시간(t3)에서, 접촉기(K2)는 전도 모드로 스위칭되고, 구동 모터(26)는 이제 최대 부하 상태 하에서 운전될 수 있도록 네트웍에 접속된다.
컨버터(42)의 출력 주파수의 주파수 간격(Δfup)은 모터 미끄러짐으로 인한 모터 단자 전압의 주파수의 급격한 감소와, 마찰 손실로 인한 모터 단자 전압의 주파수 감소를 보상한다.
어떤 위상 편이(phase shift)가 t1과 t3 사이의 시간 지연으로 인해 모터 단자에서 라인 전압과 잔류 전압 사이에서 일어난다. 이러한 위상 편이는 접촉기(K2)가 전도 모드로 스위칭된 후에 높은 전이 전류를 회피하도록 고려된다. 이러한 이유 때문에, 스위치 전환 펄스는 라인 전압 및 모터 단자 전압의 위상들 사이의 정확한 정합이 있는 때가 아니라 오히려 구동 모터가 라인 전력을 수용하기 시작하는 시간 전에 소정 소요 시간으로 발생된다.
도4에 도시된 부하 운전 모드로부터 공전 운전 모드로의 스위치 전환 과정은 어떠한 새로운 운반 요구도 소정 시간 동안 수신되지 않았다면 도3에 도시된 스위치 전환 과정과 유사하다. 주요 차이점은 스위치 전환 과정 전에 컨버터(42)의 출력 주파수가 fNetz 라인 주파수 하에서 소정 주파수 간격(Δfdown)으로 조절된다는 것이다. 이러한 출력 주파수로의 컨버터(42)의 출력 주파수의 스위치 전환은 예컨대 최종 운반 요구 신호 이후에 소정 시간이 지난 후에 일어난다.
주파수 간격(Δfdown)은 영전류 시간(Δti) 중에 모터 단자 전압에서 일어나는 fNetz 라인에 대한 주파수 감소에 대응한다. 동일한 접촉기가 K1 및 K2에 대해 사용되는 통상의 경우에, 고유 스위치-오프 지연(Δtd) 및 영전류 시간(Δti)은 모두 도3에서와 동일하다. 따라서, 스위치 전환 펄스가 발생되는 시간(t4)과, 접촉기(K2)가 비전도 모드로부터 전도 모드로 스위칭되는 시간(t6) 사이의 소요 시간은 도3에서와 동일하다.
구동 모터(26)가 주파수 컨버터 공급부로 스위치 전환된 후에, 컨버터(42)의 출력 주파수와 이에 따른 구동 모터의 고정자에서의 회전장의 주파수는 도4의 예에 도시된 바와 같이 25 ㎐까지 감소된다. 그러면, 이렇게 얻어진 공전 운전 모드 중의 컨베이어 설비의 속도는 부하 운전 모드의 속도의 1/2이다.
공전 운전 모드는 이제 새로운 운반 요구가 수신될 때까지 임의의 시간 동안 유지될 수 있다. 그러나, 공전 모드에 도달된 후에 소정의 시간 동안 임의의 새로운 운반 요구가 수신되지 않으면, 컨베이어 설비는 완전히 정지 모드로 스위칭 오프될 수 있다.
도5a 및 도5b는 흐름도 형태의 본 발명의 컨베이어 설비의 전체 운전을 도시하고 있다. 이 흐름도는 컨베이어 설비가 부하 운전 모드가 아니라 정지 운전 모드(컨버터의 출력 주파수가 0)나, 공전 또는 대기 운전 모드(컨버터의 출력 주파수가 0 초과)에 있다는 사실로 시작한다. 컨베이어 설비가 운반 요구가 수신될 때에 정지 운전 모드 또는 공전 운전 모드 중 어디에 있는 지에 따라, 접촉기(K1)는 활성화되거나 활성화된 상태로 유지되고 0 ㎐로부터 또는 순간 주파수로부터 컨버터의 주파수 증가를 시작한다. 동기화 장치(44)는 컨버터의 순간 주파수가 fNetz-1.5 ㎐ 아래 또는 위인 지를 체크하는 데 사용된다. 도3에 도시된 바와 같이, 전자의 경우에, 동기화 장치(44)는 높은 주파수 증가를 설정하고, 후자의 경우에는 낮은 주파수 증가를 설정한다. 이러한 주파수 증가는 동기화 장치(44)가 주파수(fNetz+Δfup)가 도달되었다는 것을 결정할 때까지 계속된다. 이것이 발생할 때에, 동기화 장치(44)는 스위치 전환 펄스가 전송되어야 할 때에 라인 전압과 주파수 컨버터(42)의 출력 전압 사이의 소정 위상차가 도달되었는 지를 체크한다. 소정 위상차가 도달될 때의 스위치 전환 펄스(SP)의 전송은 접촉기(K1)로 오프 신호를 송신하고, 접촉기(K2)로 온 신호를 송신한다. 고유 스위치-오프 지연 시간(Δtd) 및 영전류 시간(Δti)의 합에 대응하는 또 다른 시간(τ1) 후에, 접촉기(K2)는 전도 모드로 스위칭되고, 구동 모터(26)는 라인로부터 전력을 수용하며, 컨베이어의 부하 모드는 도달된다.
도5b의 흐름도의 상부 부분의 체크는 어떠한 새로운 운전 요구 신호도 부하 운전 모드로의 변환 이후의 소정 시간(Δt1) 내에 수신되지 않았는 지를 결정한다. 이러한 경우에, 동기화 장치(44)는 컨버터(42)의 주파수를 fNetz-Δfdown까지 감소시킨다. 이러한 감소가 도달되었고 이제 동기화 장치(44)가 소정 위상차가 라인 주파수와 컨버터 전압 사이에서 도달되었다는 것을 파악하면, 동기화 장치는 K2를 위한 오프 신호와 K1을 위한 온 신호의 발생에 이르게 하는 스위치 전환 펄스를 전송한다. 스위치 전환 펄스의 발생 후의 시간(τ2)에, 접촉기(K1)는 전도 모드로 스위칭되고, 주파수 컨버터(42)를 통해 구동 모터(26)에 공급하기 시작한다[시간(t6)]. 그러면, 동기화 장치(44)는 컨버터 주파수 내지 대기 주파수의 감소(도4에서 25 ㎐)를 발생시킨다. 또 다른 운반 요구 신호가 시간(Δt2) 내에 수신되면, 컨버터의 주파수는 공전 모드 주파수(25 ㎐)로부터 재증가된다. 어떠한 운반 요구 신호도 시간(Δt2) 내에 수신되지 않으면, 체크가 컨베이어 설비를 정지 운전 모드로 스위칭하라는 명령이 있는 지를 결정한다. 이러한 명령이 있으면, 오프 신호가 K2뿐만 아니라 K1로 송신되고, 이 때 접촉기(K1, K2)는 모두 턴-오프된다. 이는 접촉기가 부전도 모드로 스위칭되는 것을 의미하고, 구동 모터(26)는 더 이상 어떠한 전류도 포함하지 않는다.

Claims (22)

  1. 구동 모터(26)와 출력이 제어 가능한 주파수 컨버터(42)를 포함하는 에스컬레이터(10) 또는 이동 보도 형태의 컨베이어 설비의 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법이며,
    부하 운전 모드에서 구동 모터(26)에는 기본적으로 일정한 라인 주파수(fNetz)로 라인 전압이 공급되고, 공전 운전 모드에서는 주파수 컨버터(42)로부터 출력 전압이 공급되며,
    라인 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압은 주파수 및 위상 위치에 대해 비교되고,
    주파수 컨버터(42)는 라인 주파수(fNetz)로부터 소정 간격(Δfup, Δfdown)을 갖는 출력 주파수로 조절되며,
    모드를 스위치 전환하라는 요구가 운반 신호 발생기(48)로부터 수신되고,
    모드를 스위칭하라는 요구가 수신된 후에 소정 시점(t1, t4)에서, 컨버터(42)의 출력 주파수가 라인 주파수(fNetz)로부터의 소정 주파수 간격(Δfup, Δfdown)과, 주파수 컨버터의 출력 전압과 라인 주파수(fNetz) 사이의 소정 위상 간격에 모두 도달하였을 때, 주파수 컨버터 공급부 및 라인 공급부 사이에서 구동 모터(26)를 스위칭하는 스위치 전환 신호(58)가 전송되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 구동 모터(26)는 라인 공급부와 주파수 컨버터 공급부 사이의 스위치 전환이 일어나기 전에 소정 영전류 시간(Δti) 중에 전류 없이 작동하는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 스위치 전환 신호(SP)는 주파수 컨버터 공급부와 라인 공급부 사이의 스위치 전환이 일어나야 할 때의 영전류 시간(Δti)에 대응하는 시간(t3, t6) 전에 소정 소요 시간으로 전송되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 컨베이어 설비를 제어하기 위해, 스위치 전환은 스위치 전환 신호(SP)가 수신될 때 시간(t1, t4)에 대해 고유 스위치-오프 지연(Δtd)으로 스위치 전환 설비(K1, K2)에 의해 일어나고, 주파수 컨버터 공급부와 라인 공급부 사이의 스위치 전환이 일어나야 할 때 스위치-오프 지연 시간(Δtd) 및 영전류 시간(Δti)의 합에 대응하는 시간(t3, t6)에 대해 소정 소요 시간으로 주파수 컨버터 공급부와 라인 공급부 사이에 명령되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 컨버터(42)의 출력 주파수는 각각의 영전류 시간(Δti) 중의 구동 모터(26)의 RPM 감소에 대응하는 라인 주파수(fNetz)에 대해 주파수 간격(Δfup, Δfdown)으로 설정되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 소요 시간 중의 모터 단자 전압의 위상 변화에 대응하는 값이 소정 위상 간격으로서 사용되어, 소요 시간이 종료될 때에 기본 정합이 모터 단자 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압의 위상 위치들 사이에서 얻어지는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 부하 운전 모드로부터 공전 운전 모드로의 스위치 전환 중에, 컨버터(42)의 출력 주파수는 라인 주파수(fNetz) 아래의 소정 주파수 간격(Δfdown)으로부터 공전 운전 모드 주파수(25 ㎐)까지 소정의 감소형 주파수 경사로 설정되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 운전 모드, 부하 운전 모드 및 공전 운전 모드 사이에서 스위칭될 수 있는 컨베이어 설비에 대해, 주파수 컨버터(42)는 컨베이어 설비가 정지 운전 모드에 있는 동안에 영출력 주파수로 설정되고, 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로의 컨베이어의 스위치 전환 중에 주파수 컨버터(42)는 영출력 주파수로부터 라인 주파수(fNetz) 위의 소정 주파수 간격(Δfup)까지 소정 경사각으로 상승하는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 라인 주파수(fNetz)에 대해 소정 주파수 간격(Δfup, Δfdown)까지의 컨버터(42)의 출력 주파수의 조절이 수행되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로의 컨베이어 설비의 스위치 전환 중에 컨버터(42)의 출력 주파수는 우선 더 급격한 각도로 라인 주파수(fNetz) 아래의 소정 주파수 간격까지 상승하도록 설정된 다음에 라인 주파수(fNetz) 위의 소정 주파수 간격(Δfup)까지 소정 각도로 덜 급격하게 상승하도록 설정되는, 구동기를 부하 및 공전 운전 모드 사이에서 제어하는 방법.
  11. 기본적으로 일정한 주파수(fNetz)를 갖는 라인 전압 접속부(Netz)와, 구동 모터(26)와, 에스컬레이터(10) 또는 이동 보도 형태의 스위칭 가능한 컨베이어 설비의 부하 및 공전 운전 모드 사이의 운전 모드를 스위칭하라는 요구를 송신하는 운반 요구 신호 발생기(48)를 구비한 구동기를 제어하는 전기 제어기이며,
    출력 주파수가 조절될 수 있는 주파수 컨버터(42)와,
    구동 모터(26)가 라인 전압 접속부(Netz)로 직접 커플링된 부하 운전 모드와 구동 모터(26)가 주파수 컨버터(42)를 통해 라인 전압 접속부(Netz)로 커플링된 공전 운전 모드를 구비한 제어 가능한 스위치 전환 설비(K1, K2)와,
    동기화 장치(44)를 포함하고,
    컨버터(42)의 출력 주파수는 조절될 수 있고, 라인 접속부(Netz) 및 주파수 컨버터(42)의 출력 전압은 주파수 및 위상 위치에 대해 비교 가능하고, 주파수 컨버터(42)는 라인 주파수(fNetz)로부터 소정 주파수 간격(Δfup, Δfdown)을 갖는 출력 주파수로 설정될 수 있으며, 스위치 전환 요구가 수신된 후의 시간(t1, t4)에 컨버터(42)의 출력 주파수가 주파수 컨버터(42) 및 라인 전압 접속부(Netz)의 출력 전압들 사이의 소정 위상 간격뿐만 아니라 라인 주파수(fNetz)로부터 소정 주파수 간격(Δfup, Δfdown)에 모두 도달되었을 때, 스위치 전환 신호(SP)가 스위치 전환 설비(K1, K2)로 송신될 수 있는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  12. 제11항에 있어서, 스위치 전환 설비(K1, K2)는 구동 모터(26)를 주파수 컨버터(42)에 접속시키는 제1 제어 가능 스위칭 장치(K1)와, 구동 모터(26)를 라인 전압 접속부(Netz)에 접속시키는 제2 스위칭 장치(K2)를 갖고, 한번에 2개의 스위칭 설비(K1, K2) 중 하나만 전도 모드로 설정될 수 있으며, 각각의 부전도 모드의 스위칭 장치(K1, K2)는 그 때까지 전도 모드의 스위칭 설비(K1, K2)가 오프 상태로 스위칭된 후에 소정 영전류 시간(Δti) 후에 온 상태로 스위칭될 수만 있는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  13. 제12항에 있어서, 스위치 전환 장치(K1, K2) 모두는 이전의 전도 모드의 스위칭 장치(K1, K2)의 부전도 모드가 도달된 이후에 부전도 모드의 스위칭 장치(K1, K2)가 영전류 시간(Δti) 후에 전도 모드로만 바뀔 수 있도록 서로로부터 차단되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 동기화 장치(44)는 부전도 모드의 스위칭 장치(K1, K2)가 전도 모드로 되어야 할 때 시간(t3, t6)에 대해 영전류 시간(Δti)에 대응하는 소요 시간으로 스위칭 장치(K1, K2)를 각각의 다른 모드로 바꾸는 스위치 전환 신호(SP)를 전송하도록 설계되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 2개의 스위칭 장치(K1, K2)는 각각 스위치-오프 신호를 수신할 때에 시간(t1, t4)에 대해 고유 스위치-오프 지연(Δtd)을 갖고, 동기화 장치(44)는 부전도 모드의 스위칭 장치(K1, K2)가 전도 모드로 되어야 할 때에 시간(t3, t6)에 대해 스위치-오프 지연 시간(Δtd) 및 영전류 시간(Δti)의 합에 대응하는 소요 시간으로 스위칭 장치(K1, K2)를 각각의 다른 모드로 바꾸는 스위치 전환 신호(SP)를 전송하도록 설계되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 동기화 장치(44)는 각각의 영전류 시간(Δti) 중의 구동 모터(26)의 RPM 감소에 대응하는 라인 주파수(fmain)로부터 주파수 간격(Δfup, Δfdown)으로 컨버터(42)의 출력 주파수를 설정하도록 설계되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  17. 제16항에 있어서, 동기화 장치(44)는 소요 시간 중의 모터 단자 전압의 위상 변화에 대응하는 값으로 소정 위상 간격으로 설정되도록 설계되어, 소요 시간이 종료될 때에 모터 단자 전압과 주파수 컨버터의 출력 전압의 위상 위치들 사이의 기본 정합이 있는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  18. 제16항에 있어서, 동기화 장치(44)는 컨베이어 설비가 부하 운전 모드로부터 공전 운전 모드로 스위칭될 때에 라인 주파수(fmain) 아래의 소정 주파수 간격(Δfdown)으로부터 소정의 감소형 주파수 각도로 공전 모드 주파수로 주파수 컨버터(42)를 설정하도록 설계되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  19. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 컨베이어 설비가 정지 운전 모드, 부하 운전 모드 및 공전 운전 모드 사이에서 스위칭될 수 있는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  20. 제19항에 있어서, 컨베이어 설비의 정지 운전 모드로부터 영출력 주파수까지 주파수 컨버터(42)를 조절하도록 설계되고, 동기화 장치(44)는 컨베이어 설비가 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로 스위칭될 때에 영출력 주파수로부터 라인 주파수(fNetz) 위의 소정 주파수 간격(Δfup)까지 소정 각도로 상승하여 주파수 컨버터(42)를 설정하도록 설계되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  21. 제20항에 있어서, 동기화 장치(44)는 라인 주파수(fNetz)에 대해 소정 주파수 간격(Δfup, Δfdown)까지 컨버터(42)의 출력 주파수의 조절에 이르게 하도록 설계되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
  22. 제21항에 있어서, 동기화 장치(44)는 컨베이어 설비가 정지 운전 모드로부터 부하 운전 모드로 스위칭될 때, 우선 라인 주파수(fNetz) 아래의 소정 주파수 거리(fNetz-1.5 ㎐)까지 더 급격한 상승각을 설정한 다음에 덜 급격한 각도로 라인 주파수(fNetz) 위의 소정 주파수 간격(Δfup)까지 추가로 상승하도록 설정되는, 구동기를 제어하는 전기 제어기.
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