KR100675650B1 - 인버터 속도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터에 관한 것으로, 특히 엘리베이터에 적용되는 인버터의 부하토크의 급격한 변화에 따라 속도 지령 패턴을 가변시킬 수 있도록 한 인버터 속도 제어장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 기동초기의 소정시간동안 직선패턴에 따라 급격히 증가하는 가속도를 발생시키고 이후에도 직선패턴에 따른 등가속도와 감가속도를 발생시키는 제1 가속도 발생부와; 기동쇼크발생을 억제하도록 기동초기의 소정시간동안 아래로 볼록한 곡선패턴에 따라서 점진적으로 증가하는 가속도를 발생시키고 정상가속에 필요한 가속도에 도달하면 이후 직선패턴에 따른 등가속도와 감가속도를 발생시키는 제2 가속도 발생부와; 가속도 선택신호에 의해 상기 제1 가속도 발생부로부터의 가속도 또는 상기 제2 가속도 발생부로부터의 가속도를 선택하여 출력하는 스위치부와; 상기 스위치부로부터 출력되는 제1 가속도 발생부 또는 제2 가속도 발생부의 출력 가속도를 적분하여 운전지령에 따른 가속도 기준치의 해당 속도 지령치를 출력하는 적분기와; 권상기내의 전동기 회전수에 상응하는 펄스신호를 출력하는 펄스증폭부와; 상기 속도 지령치에 상기 펄스신호를 감산하여 속도 오차를 출력하는 감산기와; 상기 감산기의 속도오차를 비례적분하여 전류 지령치를 출력하는 속도 제어부와; 상기 전류 지령치를 일정 레벨의 전압지령치로 변환하여 출력하는 전압 지령치 연산부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

인버터 속도 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING VELOCITY OF INVERTER}

도 1은 종래 엘리베이터 시스템을 보인 예시도.

도 2는 인버터를 통한 속도 제어시, 발생되는 초기 저항이 엘리베이터 시스템의 미치는 영향을 설명하기 위한 예시도.

도 3은 종래 엘리베이터 기동 초기 기동충격을 보상하기 위한 엘리베이터용 인버터 제어장치의 가속도 지령과 속도 지령을 설명하기 위한 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘리베이터 시스템을 보인 예시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엘리베이터용 인버터 제어장치의 가속도 지령과 속도 지령을 설명하기 위한 예시도.

본 발명은 인버터에 관한 것으로, 특히 엘리베이터에 적용되는 인버터의 부하토크의 급격한 변화에 따라 속도 지령 패턴을 가변시킬 수 있도록 한 인버터 속도 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 인버터에 의한 교류 전동기의 가변속 구동이 널리 사용되면서 엘리베이터 시스템에도 인버터 채용이 보편화 되고 있으며, 기존의 범용 벡터 인버 터에 엘리베이터 시스템 사용에 적합한 전용기능을 추가한 엘리베이터용 인버터들이 최근 많이 사용되고 있다.

엘리베이터용 인버터의 특징 중의 하나는 거리제어기능을 가진 것으로, 거리제어 기능은 현재층에서 목적층까지의 주행해야 할 거리를 가지고 전동기 속도제어를 수행하여 착상 성능을 향상시키고, 운전시간을 단축시켜 운행효율을 높이는 장점을 가지고 있다. 즉, 이러한 인버터는 사용자의 요구에 맞게 전동기가 회전하도록 속도 지령을 만들어내는 장치로 엘리베이터 구동에 적용될 경우, 외부 운전지령에 대응하여 엘리베이터 운행 조건에 알맞은 속도로 운전하도록 하는 속도 지령 신호를 만들어 쇼크 없이 부드럽게 운전할 수 있도록 하는 것이 중요하다.

도 1은 종래 엘리베이터 시스템을 보인 예시도로서, 상기 도 1을 참조하여 엘리베이터 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 승객이 엘리베이터를 호출하게되면 엘리베이터 운전 관리 장치로부터 케이지(112)를 승객이 지정한 위치로 이동하도록 하는 운전지령 신호가 인버터 제어장치(101)로 입력된다. 이에, 속도 지령 발생 장치(102)의 가속도 발생부(102a)에 의해 가속도 지령치(a*)가 출력된다.

이후, 상기 가속도 지령치(a*)는 적분기(102b)에 의해 적분된 결과값인 속도지령치(wm*)를 감산기(103)로 출력한다. 상기 감산기(103)는 입력되는 속도지령치(wm*)에 펄스 증폭부(106)에 의해 출력되는 전동기 회전수에 비례하는 주파수의 펄스를 감산하여 속도 오차를 획득한다.

그 계산된 속도 오차는 피아이(PI)제어부(104)로 입력되어, 그 피아이 제어 부(104)는 속도 오차로부터 전동기가 케이지(112)를 입력된 속도 지령치(wm*)대로 운전되는 전류 지령치(

)를 전압지령 연산부(105)로 출력한다.

상기 전압지령 연산부(105)는 입력된 전류지령치(

)의 전류가 전동기에 흐르도록 하여 케이지(112)가 속도 지령치(wm*)로 운전되도록 하는 전압 지령치(

)를 연산하여 인버터(107)에 이를 인가한다. 그러면, 상기 인버터(107)는 입력된 전압 지령치(

)의 전압을 권상기(109)내부의 전동기로 출력하게 되고, 이에 따라 전동기가 구동되어 시브(110)가 회전을 하게되어 케이지(112)는 승객이 지정한 위치로 이동하게 한다.

전술한 동작을 통해 상기 엘리베이터 시스템이 동작하게 될 경우, 케이지(112), 평형추(113)가 가이드 레일(114, 115)과의 결합상태가 수직방향으로 평형상태를 제대로 유지하지 못하고 한쪽으로 기울어진다. 그러면, 상기 케이지(112)와 평형추(113)와 연결된 상하좌우 4개의 가이드 롤러(18)와 가이드 레일(114, 115) 사이의 결합 정도가 상이하게 된다. 이 경우 상기 케이지(112) 또는 상기 평형추(113)가 움직임을 개시할 경우, 초기에 케이지(112) 또는 평형추(113)의 기울어짐이 그 케이지(112) 또는 그 평형추(113)의 움직임에 저항하는 힘으로 작용할 수 있다. 또한, 한번 움직임을 개시해 일정속도 이상 가속하게 되면 권상기(109)내의 전동기가 케이지(112) 또는 평형추(113)를 구동하는 힘에 의해 그 케이지(112) 또는 그 평형추(113)와 가이드 레일(114, 115)사이의 평형상태가 유지되면서 이동에 저항하는 힘이 없어지게 된다. 이러한 기동시 이동에 저항하는 힘의 발생은 속도의 변화가 빠를수록 잘 나타나며 저속 엘리베이터의 경우 권상기(110)내의 감속기의 정지 마찰력 특성등에 영향받아서도 발생할 수 있다.

이러한 초기 저항의 발생이 시스템의 미치는 영향을 설명하기 위해 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.

시스템의 관성을 J, 전동기 발생 토크를 Te, 부하토크를 Tload라 했을 경우 전동기 속도 Wm은 하기의 수학식 1과 같이 전동기 토크와 부하토크의 차이를 적분한 값을 시스템 관성으로 나눈 값으로 계산되며 위에서 언급된 기동 초기 이동에 저항하는 힘은 Tload로 간주할 수 있다..

Wm=1/J * ∫(Te-Tload) dt

부하토크 Tload를 도시한 ⓐ는 초기에 T1만큼 존재하고 있다가 전동기 속도가 Wmc이상 가속하면 0으로 변하게 된다. 그러면, 전압지령 연산부(105)는 기동 초기 움직임을 방해하는 Tload가 존재하므로 이를 상쇄하기 위해 Tl에 상응하는 전동기 토크 Te를 Te1 만큼 발생하고 있다가 일정 속도 이상 가속하여 Tload가 급격히 0으로 감소하게 되면 갑자기 줄어든 Tload에 맞춰 필요한 가속상태를 유지하기 위한 토크 값 Te2로 토크를 줄이게 된다.

상기 도 2의 참조부하 ⓑ는 전동기 토크 Te를 도시한 것으로 상기 ⓐ와 같이 부하 토크 Tload의 변경은 급속히 이루어진다. 반면, 전압지령 연산부(105)가 토크를 Te1에서 Te2로 줄이는 것은 피아이제어부(104)의 비례상수 kp_s와 적분상수 ki_s에 의해 결정되는 전압지령 연산부(105)의 응답성에 의해 Ts만큼의 시간을 가 지고 이루어지게 된다. 따라서 202에서 빗금친 부분과 같이 Ts의 시간만큼 Te와 Tload간의 차이가 발생한다. 이렇게 발생된 차이는 상기 수학식 1에서와 같이 전동기 속도(Wm)에 반영된다.

상기 도 2의 참조부호 ⓒ는 전동기 속도 Wm을 도시한 것으로 Ts 시간만큼의 토크 차이로 인해 전동기 속도가 급격하게 변하고 있으며 이는 엘리베이터 기동 초기 기동 충격으로 작용하여 승차감을 해치는 요인이 된다.

도 3은 종래 엘리베이터 기동 초기 기동충격을 보상하기 위한 엘리베이터용 인버터 제어장치의 가속도 지령과 속도 지령을 설명하기 위한 예시도이다.

상기 도 3의 참조부호 ⓓ는 정상적인 가속에 필요한 가속도 파형으로 가속도 최대치 amax로 직선증가, 등가속, 직선감속을 하는 파형이다. 또한, 상기 도 3의 참조부호 ⓔ는 아주 작은 속도인 Vmin까지 정상 가속도 amax보다 1/10이하의 amin의 가속도로 직선가속/감속하는 가속도 파형으로서, Vmin에 도달한 후 Tdwell정도의 시간동안 대기하여 Tload가 0으로 떨어진 후 정상적인 가속도 패턴 ⓓ파형으로 이행한다. 이때, 상기 가속도 패턴 ⓓ파형의 속도 패턴은 ⓕ파형이 된다.

이와같은 상기 도 3의 초기 기동 충격의 보상을 위한 가속도 지령 및 속도 지령은 초기 기동 충격은 완화할 수 있으나, 정상적인 가속도 파형인 ⓓ로 이행하기 까지 Tdelay만큼의 시간지연이 발생하는 문제가 있어, 기동 시간이 길어져 엘리베이터 운용효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 amin, vmin, Tdwell등 설정해야 할 파라미터도 많기 때문에 설정에 있어 매우 불편한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 본 발명은 엘리베이터에 적용시 기동 초기의 기동 쇼크를 억제하여 승차감을 향상시키면서 기동 시간 지연을 최소화하는 인버터 속도 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기동초기의 소정시간동안 직선패턴에 따라 급격히 증가하는 가속도를 발생시키고 이후에도 직선패턴에 따른 등가속도와 감가속도를 발생시키는 제1 가속도 발생부와;
기동쇼크발생을 억제하도록 기동초기의 소정시간동안 아래로 볼록한 곡선패턴에 따라서 점진적으로 증가하는 가속도를 발생시키고 정상가속에 필요한 가속도에 도달하면 이후 직선패턴에 따른 등가속도와 감가속도를 발생시키는 제2 가속도 발생부와;
가속도 선택신호에 의해 상기 제1 가속도 발생부로부터의 가속도 또는 상기 제2 가속도 발생부로부터의 가속도를 선택하여 출력하는 스위치부와;
상기 스위치부로부터 출력되는 제1 가속도 발생부 또는 제2 가속도 발생부의 출력 가속도를 적분하여 운전지령에 따른 가속도 기준치의 해당 속도 지령치를 출력하는 적분기와;

삭제

삭제

삭제

권상기내의 전동기 회전수에 상응하는 펄스신호를 출력하는 펄스증폭부와;

상기 속도 지령치에 상기 펄스신호를 감산하여 속도 오차를 출력하는 감산기와;

상기 감산기의 속도오차를 비례적분하여 전류 지령치를 출력하는 속도 제어부와;

상기 전류 지령치를 일정 레벨의 전압지령치로 변환하여 출력하는 전압 지령치 연산부로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

하기의 설명에서 본 발명의 인버터 제어장치에 따른 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘리베이터 시스템을 보인 예시도이다. 여기서, 상기 도 4의 구성은 종래 도 1의 엘리베이터 시스템과 동일하다. 다만, 속도 지령 발생부(402)에 제2 가속도 발생부(402b)와, 스위치부(402c)를 더 포함하여 구비함이 상이하다. 이에, 상기 도 4를 참조하여 본 발명을 기술함에 있어 도 1과 동일한 구성블록에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 도 4를 참조하면, 우선, 승객이 지정한 위치로 이동하도록 하는 운전지령 신호가 인버터 제어부(401)로 입력되면, 속도 지령 발생부(402)는 사용자가 입력한 가속도 선택 신호(Acc_sel)에 의해 스위칭되는 스위치부(402c)에 의해 제1 가속도 발생부(402a) 또는 제2 가속도 발생부(402b)의 가속도 지령치(a*)를 출력한다. 이후, 상기 가속도 지령치(a*)는 적분기(402d)에 입력되고, 그 적분기(402d)에 의해 적분되어 속도 지령치(wm*)로 변환된후 다음단의 가산기(403)로 입력된다.

그러면, 상기 가산기(403)에서는 상기 입력되는 속도 지령치(wm*)에 펄스 발생부(408)로부터 얻어진 권상기(409) 내부의 전동기 속도 귀환값을 감산하여 속도 오차를 출력한다. 그 속도 오차는 속도 제어부 즉, 피아이 제어부(404)로 입력되고, 그 피아이 제어부(404)는 속도 오차로부터 전동기가 케이지(412)를 입력된 속도 지령을 비례적분하여 전류 지령치(

)를 전압 지령치 연산부(405)로 출력한다.

상기 전압지령치 연산부(405)는 입력된 전류지령치

의 전류가 전동기에 흐르도록 하여 케이지(412)가 속도 지령치(wm*)로 운전하도록 하는 전압 지령치(

)를 연산한다. 그러면, 인버터(407)는 상기 입력된 전압 지령치(

)의 전압을 권상기(409) 내부의 전동기로 출력하여 전동기가 구동되어 시브(410)의 회전을 통해 케이지(412)가 승객이 지정한 위치로 이동하게 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엘리베이터용 인버터 제어장치의 가속도 지령과 속도 지령을 설명하기 위한 예시도이다.

상기 도 5의 참조부호 ⓓ와 ⓖ는 스위치부(402c)의 스위칭에 의해 제1 가속도 발생부(402a)를 선택했을 경우의 가속도 지령파형, 속도 지령 파형이고, 상기 도 5의 참조부호 ⓗ와 ⓘ는 상기 스위치부(402c)의 스위칭에 의해 제2 가속도 발생부(402b)를 선택했을 경우의 파형이다. 여기서, 상기 제1 가속도 발생부(402a)는 종래의 가속도 발생부(102a)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 ⓗ파형은 초기에는 일정기간 기준값보다 매우 작은 값을 유지하다가 시 간이 경과할수록 가속도의 값이 꾸준히 증가하여 정상가속에 필요한 가속도 amax까지 증가시키고 있다. ⓗ의 경우가 ⓓ에 비해 가속도 지령상으로 초기의 크기 및 증가율이 작으므로 이를 적분한 속도지령도 ⓘ의 경우 ⓖ에 비해 최소 속도 Vmin까지 머무는 시간이 T1에서 T2로 증가한 것을 볼 수 있다. 따라서 증가된 시간동안 Vmin보다 작은 속도로 운행하여 기동충격을 완화시킨다. 이후 가속도 지령의 크기를 점차 증가시키므로 속도지령은 (T2-T1)만큼의 시간이 경과한 이후 정상적인 가속 패턴으로 복귀하게 된다.

도 3과 같은 기존 보상 방법은 아주 작은 가속도로 최소속도 Vmin까지 가속한 후 일정시간(Tdwell)이후 정상적인 가속도 패턴인 ⓓ파형으로 다시 속도 지령을 시작하므로 가속도 증가 → 감소 → 가속도 '0' → 가속도 증가의 여러 단계를 거치는 동안 시간경과가 증가한다.

그러나, 본 발명의 속도지령 발생부(402)의 제2 가속도 발생부(402b)는 기동 초기의 가속도의 형태를 다르게 하는 것에 의해 기동초기에만 가속도의 크기를 작게 하고, 이후 점진적으로 가속도의 크기를 계속 크게 하므로 기존 보상 방법과 같이 여러 단계를 거치지 않고 정상적인 가속도 패턴으로 복귀하므로 기동 지연 시간을 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 가속도 패턴의 상기 도 5의 ⓗ는 기동쇼크 보상을 하지 않는 원래의 가속도 패턴인 상기 도 5의 ⓓ보다는 기동 시간이 지연되는 특성을 가지고는 있지만, 기존 보상 방법인 상기 도 3의 가속도 패턴과 같이 여러단계를 거지치 않아도 될뿐만 아니라, 구성도 간단하며 동일한 기동 쇼크 억제 효과를 가지 면서 기동 시간 지연을 줄일 수 있는 특성을 가지고 있다.

또한, 기존 보상 방법의 경우 amin, Vmin, Tdwell등 조정할 파라미터가 추가되지만 본 발명의 경우 곡선 가속 시간 Tu만 설정하면 되고 초기 기동 보상을 하지 않는 제1 가속도 발생부(402a) 패턴의 경우에도 직선 가속 시간 Tl을 지정해줘야 하고 402b의 경우 Tl대신 Tu를 설정해주므로 설정값의 개수가 실질적으로 증가하지 않음은 자명하다.

지금까지 전술한 본 발명은 인버터 속도 제어장치는 모든 엘리베이터가 기동 충격이 발생하는 것이 아니므로, 초기에 가속도 선택신호(Acc_sel)를 인가하여 스위치부(402c)가 초기 기동 쇼크 보상이 안되는 제1 가속도 발생부(402a)와 적분기(402d)를 접속되게하여 상기 제1 가속도 발생부(402a)를 통해 엘리베이터 운전을 실시하도록 한다.

따라서, 기동쇼크가 발생하지 않을경우에는 기동시간이 빠른 제1 가속도 발생부(402a)을 이용한 정상적인 가속도 패턴으로 계속 운전을 수행하며, 반면, 상기 기동쇼크가 발생할 경우에는 제2 가속도 발생부(402c)를 이용한 가속도 패턴으로 기동 쇼크 억제함과 동시에 기동 시간 지연을 최소화한다. 여기서, 상기 제2 가속도 발생부(402b)는 상대적으로 제1 가속도 발생부(402a)에 비해 기동 시간은 다소 증가하지만 기동 쇼크가 없는 특성을 얻을 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술 하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 엘리베이터 적용시 기동시간 지연을 갖는 기존의 속도 발생장치에 비해 기동 쇼크 발생 억제 효과는 동일하게 유지하면서 기동시간 지연을 최소화하는 효과가 있다.

또한, 엘리베이터 현장의 특성에 맞춰 가속도를 달리 발생시킬 수 있도록 함으로써, 기동 쇼크를 억제시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 기동초기의 소정시간동안 직선패턴에 따라 급격히 증가하는 가속도를 발생시키고 이후에도 직선패턴에 따른 등가속도와 감가속도를 발생시키는 제1 가속도 발생부와;

   기동쇼크발생을 억제하도록 기동초기의 소정시간동안 아래로 볼록한 곡선패턴에 따라서 점진적으로 증가하는 가속도를 발생시키고 정상가속에 필요한 가속도에 도달하면 이후 직선패턴에 따른 등가속도와 감가속도를 발생시키는 제2 가속도 발생부와;

   가속도 선택신호에 의해 상기 제1 가속도 발생부로부터의 가속도 또는 상기 제2 가속도 발생부로부터의 가속도를 선택하여 출력하는 스위치부와;

   상기 스위치부로부터 출력되는 제1 가속도 발생부 또는 제2 가속도 발생부의 출력 가속도를 적분하여 운전지령에 따른 가속도 기준치의 해당 속도 지령치를 출력하는 적분기와;

   권상기내의 전동기 회전수에 상응하는 펄스신호를 출력하는 펄스증폭부와;

   상기 속도 지령치에 상기 펄스신호를 감산하여 속도 오차를 출력하는 감산기와;

   상기 감산기의 속도오차를 비례적분하여 전류 지령치를 출력하는 속도 제어부와;

   상기 전류 지령치를 일정 레벨의 전압지령치로 변환하여 출력하는 전압 지령치 연산부로 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 속도 제어장치.

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