KR101569264B1 - 가변속 권상기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동기에 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기를 사용하여, 상기 전동기에 과전압 인가 개시 시의 출력 주파수를 내리는 일 없이, 가속도 시간이 짧은 전기 체인 블록 등의 가변속 권상기라도 운전 개시 시에 풀 로터식 브레이크를 확실하게 개방할 수 있는 전류를 통전할 수 있는 가변속 권상기를 제공하는 것이다. 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기와, 인버터를 구비한, 전동기의 속도를 완기동 제어하는 가변속 권상기에 있어서, 인버터를 소정의 전압-주파수(V-F) 패턴으로 운전하도록 설정하고, 전동기를 기동할 때에는, 주파수가 f1로부터 f2에 도달할 때까지의 가속도(출력 주파수 증가율)를, 주파수가 f2로부터 f3에 도달할 때까지의 가속도(출력 주파수 증가율)보다도 작게 하여, 풀 로터식 브레이크를 개방할 수 있는 충분한 전력을 통전한다.

Description

가변속 권상기{VARIABLE SPEED HOIST}
본 발명은 권상 전동기에 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기를 사용하여, 상기 전동기에 인버터로부터 전력을 공급해서 구동하고, 속도를 제어하는 전기 체인 블록이나 전기 호이스트 등의 가변속 권상기에 관한 것이다.
전기 체인 블록이나 전기 호이스트 등의 권상기의 권상 전동기에는 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기를 사용한 것이 있다. 상기 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기는 후에 상세하게 서술하는 바와 같이, 모터 스테이터의 코일에 통전하지 않을 때는 브레이크가 작동하고, 모터 축은 구속된 상태(제동된 상태)가 되고, 모터 스테이터의 코일에 통전하면, 모터 스테이터에 발생하는 자속과 풀 로터의 작용에 의해 브레이크가 개방되고, 모터 축의 구속이 해제되어, 모터 로터가 회전하도록 구성되어 있다.
상기와 같이 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기에서는, 모터 스테이터의 코일에 전류를 통전하는 것만으로 브레이크를 개방하여, 전동기를 운전할 수 있다는 이점이 있지만, 전동기를 기동할 때에, 브레이크를 개방하기에는 모터 스테이터에 충분한 전류를 통전할 필요가 있다. 인버터를 사용해서 완기동하는 가변속 권상기의 경우, 전동기를 기동할 때에 브레이크를 순시에 개방하기 위한 충분한 전류를 모터 스테이터에 통전하지 않으므로, 브레이크를 개방할 수 없는, 또는 브레이크를 드래그하면서 기동하는 등의 상태로 운전하여, 브레이크 과열에 의해 수명이 짧아지는 등의 과제가 있다.
상기 문제를 해결하는 대책으로서 특허문헌 1에 기재되어 있는 인버터 구동의 가변속 권상기의 기술을 적용하는 것을 생각할 수 있다. 상기 가변속 권상기의 전동기는 풀 로터식 브레이크를 구비한 것은 아니지만, 권상 운전 개시 시, 도 1의 점선으로 나타내는 바와 같이, 인버터를 소정 전압 V0에서 주파수 0의 상태로부터 소정의 전압-주파수(V-F) 패턴으로 운전하고, 출력 주파수가 주파수 f1이 되면 주파수 f2에 도달하기까지의 사이, 실선으로 나타내는 바와 같이 출력 전압을 소정의 과전압 V3으로 하여 전동기 및 브레이크에 출력하고, 브레이크 코일에 브레이크를 개방시키기에 충분한 흡인력을 발생하는 전류를 통전하는 동시에, 출력 주파수가 주파수 f2가 된 후는, 과전압 V3을 해소하고, 상기 소정의 전압-주파수(V-F) 패턴에 따라서 전압 및 주파수를 상승시켜서 가속 운전하도록 하고 있다.
상기 기술을 풀 로터식 브레이크를 갖는 전동기를 구비한 가변속 권상기에 적용하여, 권상 운전 개시 시에 인버터로부터 전동기로 과전압 V3의 출력을 일정 시간 공급함으로써, 풀 로터식 브레이크를 개방하는 데 필요한 흡인력을 발생하는데 충분한 전력을 통전한다. 이에 의해 브레이크의 개방은 가능해지지만, 권상기의 가속도가 큰 경우에는 인버터의 출력 주파수가 f1로부터 f2에 도달하는 시간이 짧아, 전동기에 풀 로터식 브레이크를 개방하는 데 필요한 전력을 공급할 수 없다고 하는 문제가 있다. 예를 들어, 하기에 나타내는 바와 같이 f1＝5Hz로부터 f2＝8Hz가 되는 가속도 시간이 전기 호이스트 40msec에 대하여 전기 체인 블록은 20msec로 짧고, 전기 체인 블록에서는 운전 개시 시에 인버터로부터 과전압의 전력을 공급하는 시간이 짧아 브레이크를 개방할 때까지는 이르지 않는다고 하는 문제가 있다.
〔전기 호이스트〕
ㆍ가속 시간 0.8sec(0→60Hz)
ㆍ저속 주파수 10Hz(도 6의 주파수 f3)
ㆍ과전압 구간 5Hz→8Hz(도 1의 f1→f2)
ㆍ과전압(도 2의 V4) 인가 시간 40msec
〔전기 체인 블록〕
ㆍ가속 시간 0.4sec(0→60Hz)
ㆍ저속 주파수 10Hz(도 6의 주파수 f3)
ㆍ과전압 구간 5Hz→8Hz(도 1의 f1→f2)
ㆍ과전압(도 2의 V4) 인가 시간 20msec
상기와 같이 풀 로터식 브레이크를 개방하는데 필요한 전류를 통전하는 시간을 충분히 확보할 수 없다고 하는 문제를 해결하기 위해서, 특허문헌 2에 개시되어 있는 인버터 제어 장치와 같이, 과전압 인가 개시 주파수를 내림(도 1의 주파수 f1을 내림)으로써, 풀 로터식 브레이크의 개방 유지 전류를 확보하는 방법도 생각할 수 있지만, 과전압 인가 개시 시의 출력 주파수 f1을 내리면 인버터를 구성하는 스위칭 소자(IGBT)의 파워 사이클에 악영향을 미친다(스위칭 소자의 수명을 단축함)고 하는 문제가 있다.
일본 특허 출원 공개 평5-97399호 공보 일본 특허 출원 공개 평5-344774호 공보
본 발명은 상술한 점을 감안해서 이루어진 것으로, 가변속 권상기를 구동하는 전동기에 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기를 사용하여, 상기 전동기에 과전압 인가 개시 시의 출력 주파수를 내리는 일 없이, 가속도 시간이 짧은 전기 체인 블록 등의 가변속 권상기라도 운전 개시 시에 풀 로터식 브레이크를 확실하게 개방할 수 있는 전류를 통전할 수 있는 가변속 권상기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 가변속 권상기를 구동하는 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기와, 상기 전동기에 전력을 공급해서 구동하고, 상기 전동기의 속도를 완기동 제어하는 인버터를 구비한, 가변속 권상기에 있어서, 상기 인버터를 소정의 전압-주파수(V-F) 패턴으로 운전하도록 설정하고, 상기 전압-주파수(V-F) 패턴은, 상기 전동기에 전력을 출력하는 최저 주파수를 f1, 과전압을 출력하는 최대 주파수를 f2, 최고 출력 주파수를 f3(f1<f2<f3)으로 하고, 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 상기 인버터가 출력되는 전압을 V1, V2, V3으로 하면, V2는 전압 V1 이하(V2≤V1)이고, 주파수가 f1로부터 f2로 증가하는데 수반해서 출력 전압은 V1로부터 V2로 감소하고, 주파수가 f2로부터 f3으로 증가하는데 수반해서 출력 전압은 V2로부터 V3으로 개략 비례적으로 증가하도록 되어 있고, 상기 전동기를 기동할 때에는, 주파수가 f1로부터 f2에 도달할 때까지의 가속도(출력 주파수 증가율, 도 5의 α 참조)를, 주파수가 f2로부터 f3에 도달할 때까지의 가속도(출력 주파수 증가율, 도 5의 β 참조)보다도 작게 하여, 풀 로터식 브레이크를 개방할 수 있는 충분한 전력을 통전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 가변속 권상기에 있어서, 가변속 권상기는 저속과 고속의 2속 운전되는 권상기이며, 상기 주파수 f2를 상기 인버터의 저속 운전용 출력 주파수 이하로 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 가변속 권상기에 있어서, 상기 가변속 권상기가 전기 체인 블록인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 주파수가 f1 내지 f2의 구간을, 과전압을 인가하는 구간으로 하고, 이 구간의 가속도(인버터 출력 주파수 증가율)를 작게 함으로써, 주파수가 f1로부터 f2까지 증가하는 소요 시간이 길어지고, 그 결과, 과전압 인가 시간을 충분히 취할 수 있다. 환언하면, 시동 시에 풀 로터식 브레이크를 개방하는 데 필요한 전력을 모터 스테이터에 공급할 수 있으므로, 브레이크가 반개방 상태로 운전되고, 브레이크가 과열되어, 수명이 짧아진다고 하는 문제가 없는 가변속 권상기를 제공할 수 있다.
또한, 과전압을 출력하는 주파수 f2를 저속용 인버터 출력 주파수 이하로 함으로써, 저속 운전 시에는 과전압을 전동기에 출력하지 않으므로, 저속 연속 운전이 가능해진다.
도 1은 종래의 가변속 권상기의 시동 시에 있어서의 인버터 출력 주파수와 출력 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 관한 가변속 권상기의 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 3은 종래의 인버터 구동의 가변속 권상기의 V-F 패턴을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 관한 가변속 권상기의 운전 개시 시의 V-F 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 관한 가변속 권상기의 완기동 제어의 가속도 패턴을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 관한 권상기의 시스템 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 7은 본 발명에 관한 가변속 권상기의 운전 개시 시의 V-F 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태예에서는 가변속 권상기로서 전기 체인 블록을 예로 설명하지만, 본 발명은 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기로 구동되어, 상기 전동기를 인버터의 출력 전력에 의해 가변속으로 제어하고, 또한 가속 시간이 짧은 가변속 권상기에 널리 적용할 수 있다.
우선, 처음에 본 발명에 관한 가변속 권상기의 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기에 대해서 설명한다. 도 2는 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 본 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기(유도 전동기)(1)는, 모터 프레임(10)에 끼워 넣어진 모터 스테이터(11)를 구비하고, 상기 모터 스테이터(11)의 원통 형상 중공부에는 모터 로터(13)가 회전 가능하게 배치된 구성이다. 부호 14는 모터 로터(13)의 중심부를 관통해서 배치된 모터 축이고, 상기 모터 축(14)의 양단부는 베어링(16, 17)으로 회전 가능하게 지지되어 있다.
부호 18은 풀 로터(흡인 철심)이고, 모터 축(14)에 설치되어 있다. 부호 19는 브레이크 드럼 기부(철심)이고, 모터 축(14)에 스플라인 결합에 의해 축 방향으로 슬라이드할 수 있도록 결합되어 있다. 부호 21은 브레이크 드럼이고, 브레이크 드럼 기부(19)에 설치되어 있다. 부호 22는 브레이크판이고, 브레이크 드럼(21)의 외주부에 설치되어 있다. 부호 24는 모터 엔드 커버이고, 상기 모터 엔드 커버(24)의 내주면(24a)은 브레이크판(22)이 미끄럼 접촉하는 제동면으로 되어 있다. 부호 25는 브레이크 드럼 기부(19)와 풀 로터(18) 사이에 개재하는 브레이크 스프링이고, 모터 스테이터(11)의 코일(11a)에 통전하지 않을 때는, 상기 브레이크 스프링(25)의 탄성력에 의해, 풀 로터(18)와 브레이크 드럼 기부(19) 사이에는 갭 G가 형성되도록 되어 있다. 부호 27은 모터 축(14)의 일단부에 설치한 팬이고, 부호 29는 팬 커버이다.
상기 구성의 풀 로터형의 전동기(1)에 있어서, 모터 스테이터(11)의 코일(11a)에 통전하지 않을 때는, 상기와 같이 브레이크 스프링(25)의 탄성력에 의해, 풀 로터(18)와 브레이크 드럼 기부(19) 사이에는 갭 G가 형성되고, 브레이크 드럼(21)에 설치된 브레이크판(22)은 모터 엔드 커버(24)의 내주면(24a)에 압박되어, 모터 축(14)은 구속된 상태(제동된 상태)가 된다. 모터 스테이터(11)의 코일(11a)에 큰 전류를 통전[코일(11a)에 과전압을 인가해서 전류 통전]하면, 모터 스테이터(11)에 발생하는 자속에 의해 풀 로터(18)를 통해서 브레이크 드럼 기부(19)가 브레이크 스프링(25)의 탄성력에 저항해서 흡인되고, 브레이크 드럼(21)에 설치된 브레이크판(22)은 모터 엔드 커버(24)의 내주면(24a)으로부터 이격되고, 모터 축(14)의 구속은 해제되어, 모터 로터(13)는 회전할 수 있게 된다.
상기와 같이 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기에서는, 모터 스테이터(11)의 코일(11a)에 전류를 통전하는 것만으로 브레이크를 개방하여, 전동기를 운전할 수 있다는 이점이 있지만, 전동기에 인버터로부터 전류를 공급해서 완기동 구동하여, 속도를 제어하는 가변속 권상기의 경우에는, 운전 개시 시는 저주파수로 전동기를 기동하여, 소정의 가속도로 운전 주파수까지 가속시켜, 일정 속도 운전한다. 이 사이의 전류값은 도 3에 나타내는 전압-주파수(V-F) 패턴에 따라 제어되므로, 저주파수의 경우에는, 전동기에 저전압이 출력되어, 상용 전원과 같은 큰 기동 전류가 흐르지 않는다. 그로 인해, 운전 개시 시, 전동기에 브레이크를 해제(개방)하는 충분한 전류를 통전할 수 없어, 브레이크가 반개방 상태로 운전하여, 브레이크가 과열되어 수명이 짧아진다고 하는 등의 문제가 있다.
특허문헌 1, 2와 같이 , 주파수 f가 기동 시 주파수 f1로부터 f2로 상승하는 사이에 과전압(과전류) V3을 출력하도록 한 것만으로는(도 1 참조), 가속 시간이 짧은 권상기에 있어서는, 과전압 V3을 출력하는 시간을 확보하기 위해서 주파수 f2를 크게 해야만 하고, 저속 운전을 과전압으로 운전해야만 한다고 하는 문제가 있다. 혹은, 기동 시에 출력을 개시할 때의 주파수 f1을 낮게 하고, 과전압을 출력하는 시간을 길게 하거나, 혹은 과전압 인가 시간이 짧아도 풀 로터식 브레이크를 개방할 수 있도록 더욱 높은 전압을 출력하면, 인버터의 파워 소자(IGBT)의 파워 사이클(수명)이 짧아진다고 하는 문제가 있다.
또한, 저전압에서도 풀 로터식 브레이크를 개방할 수 있도록, 풀 로터(18)와 브레이크 드럼 기부(19) 사이의 에어 갭 G를 작게 설정하면, 브레이크판(22)이 마모되어도 에어 갭 G가 규정값 이상으로 넓어지지 않도록 조정 가능한 구조로 할 필요가 있어, 구조가 복잡하고, 또한 메인터넌스를 필요로 한다고 하는 문제를 갖고 있다.
따라서 상기 문제를 해결하기 위해서 본 발명에 관한 가변속 권상기에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 주파수가 f1로부터 시동하도록 하고, 주파수가 f1 내지 f2 사이에서 과전압 V1 내지 V2를 출력한다. 이 과전압 V1 내지 V2에 의해 풀 로터식 브레이크를 개방하는만큼의 충분한 전류를 흘릴 수 있다. 반대로, 주파수 f2를 크게 하고, 과전압 구간을 확대하는 방법도 있지만, 과전압 구간에서는 정상적으로 운전을 할 수 없으므로, 저속 운전의 최저 주파수가 커지고, 권상기의 위치 결정 성능이 손상된다.
본 발명은 이들의 문제를 살펴본 것으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전압-주파수(V-F) 패턴은, 인버터가 가변속 권상기의 전동기에 출력하는 최저 출력 주파수를 f1, 과전압을 출력하는 최대 주파수를 f2, 최대 출력 주파수를 f3으로 하고, 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 출력 전압을 V1, V2, V3으로 하면, V2는 V1 이하(V2≤V1)이고, 주파수가 f1로부터 f2로 증가하는 데 수반해서 출력 전압은 V1로부터 V2로 감소하고, 주파수가 f2로부터 f3로 증가하는 데 수반해서 출력 전압은 V2로부터 V3으로 개략 비례적으로 증가하도록 되어 있다.
다음에, 완기동 제어의 가속 패턴을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타내는 주파수 f1, f2, f3은, 도 4에 나타내는 주파수 f1, f2, f3에 각각 대응하고 있다. 가변속 권상기의 전동기를 기동하면, 인버터의 출력 주파수 f는 f1 내지 f2까지는 출력 주파수 증가율(가속도) α에 의해 주파수를 증가시키면서 전동기에 전력을 출력하고, 주파수 f가 f2 내지 f3까지는 출력 주파수 증가율(가속도) β에 의해 주파수를 증가시키면서 전동기에 전력을 출력한다. 도시한 바와 같이, 출력 주파수 증가율(가속도) α는 출력 주파수 증가율(가속도) β보다 작고(α<β) 완만하게 가속하도록 되어 있다.
도 5에 파선으로 나타낸 바와 같이, 주파수가 f1로부터 f3에 도달하기 까지의 사이의 가속도가 일정(β)한 경우에, 주파수 f1로부터 시동하고, 주파수 f3까지 가속한 경우, f1 내지 f2까지의 가속 시간은 t2'-t1이 된다. 한편, 본 발명의 경우에는, t2-t1이 되어 가속도가 일정한 경우보다, 과전압 시간을 길게 할 수 있다. 또한, 과전압 시간을 t2-t1에 맞추면, 그때의 주파수 f2'는 f2보다 커지고, f2' 이하의 저속 영역에서 운전한 경우, 과전압 운전이 되어 그 상태로 연속해서 운전하는 것은 바람직하지 않다. 그러나, 본 발명에 따르면, 주파수 f2까지 연속 운전할 수 있는 속도를 내릴 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 인버터 파워 사이클(인버터 수명)이나 권상기 위치 결정 성능(저속 운전 성능)을 희생으로 하는 일 없이, 풀 로터식 브레이크의 개방에 충분한 전류를 흘릴 수 있다. 또한, 본 발명을 적용한 경우, 주파수가 f3이 될 때까지의 소요 시간이, t2-t2'만큼 지연되지만, 이 지연 시간 t2-t2'(수십 msec)는 전기 체인 블록의 경우, 문제가 되지 않는다.
도 6은 본 발명에 관한 가변속 권상기의 시스템 구성을 도시하는 블록 회로도이다. 부호 1은 상기 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기(유도 전동기)이고, 3상 교류 전원(31)으로부터의 3상 교류를 정류 회로(32) 및 평활 콘덴서(33)에 의해 직류로 변환하고, 또한 인버터 주회로(34)에 의해 소정 주파수의 3상 교류로 변환하여, 전동기(1)에 공급하도록 되어 있다. 인버터 주회로(34)는 6개의 트랜지스터를 3상 교류에 대응시켜, 2개씩 한 쌍으로 하여 브리지 접속해서 구성된 것으로, 인버터 제어부(36)의 제어에 의해 제어되어, 인버터 주회로(34)에 입력되는 직류를 소정 주파수의 3상 교류로 변환한다. 인버터 주회로(34)의 6개의 트랜지스터는, 인버터 제어부(36)로부터의 펄스 폭 변조 신호(이하 「PWM 신호」라고 칭함) 발생 회로(도시하지 않음)로부터 부여되는 PWM 신호에 의해 제어된다.
상기 인버터 제어부(36)에는, 인버터 주회로(34)의 제어된 출력 주파수 및 출력 전압의 전력을 출력하기 위해서, 미리 인버터를 운전하는 출력 전압-출력 주파수의 패턴[이하 「전압-주파수(V-F) 패턴」이라고 칭함]이 설정되어 있고, 인버터 주회로(34)는 상기 전압-주파수(V-F) 패턴에 따라서 제어되도록 되어 있다. 이에 의해, 인버터 주회로(34)의 각 트랜지스터는 인버터 제어부(36)에 의해 제어되고, 상기 PWM 신호에 대응하는 3상 교류를 출력하여, 부하로서의 전동기를 회전시킨다.
부호 41은 권상 운전용 상시 개방 2단 압입 스위치로 1단째까지 압입하면 푸쉬 버튼 스위치(41a1)가 폐쇄되고, 2단째까지 압입하면 푸쉬 버튼 스위치(41a2)가 폐쇄된다. 부호 42는 권하 운전용 상시 개방 2단 압입 스위치로 1단째까지 압입하면 푸쉬 버튼 스위치(42a1)가 폐쇄되고, 2단째까지 압입하면 푸쉬 버튼 스위치(42a2)가 폐쇄된다. 푸쉬 버튼 스위치(41a1)가 폐쇄되면 권상 지령 신호 US가 인버터 제어부(36)에 입력되고, 푸쉬 버튼 스위치(42a1)가 폐쇄되면 권하 지령 신호 DS가 인버터 제어부(36)에 입력되고, 푸쉬 버튼 스위치(41a2) 또는 푸쉬 버튼 스위치(42a2) 중 어느 하나가 폐쇄되면 고속 지령 신호 HS가 인버터 제어부(36)에 입력 되도록 되어 있다.
상기 시스템 구성의 완기동 2속 가변속 권상기의 운전 동작을 도 5 및 도 6에 기초해서 설명한다. 인버터 제어부(36)에는, 도 5의 완기동 제어를 나타내는 가속 패턴이 등록되어 있고, 압입 스위치 입력에 따라, 인버터 주회로(34)의 출력 주파수, 전압을 제어한다. 저속 운전하고 싶은 경우에는, 압입 스위치(41a1)를 폐쇄한다. 그러면 권상 지령 신호 Us가 인버터 제어부(36)에 입력되고, 인버터 제어부(36)에 의해 인버터 주회로(34)로부터 주파수 f1이고, 전압 V1인 전력이 출력되어, 가속도 α｛＝[(f2-f1)/(t2-t1)]｝에 의해 주파수 f2까지 가속하고, 이 사이에 과전류가 흘러, 풀 로터식 브레이크는 개방되고, 주파수 f2까지 가속한 후에는, 주파수 f2에서 일정속 운전(저속 운전)을 계속한다. 그 후, 스위치(41a1)가 개방된 경우에는, 인버터 제어부(36)는 빠르게 출력 차단함으로써, 풀 로터식 브레이크는 제동한다.
또한, 주파수 f2에 의해 일정속 운전(저속 운전) 중에 고속 운전하고 싶은 경우에는, 또한 압입 스위치(41a2)를 폐쇄한다. 이에 의해 권상 지령 신호 Us, 고속 지령 신호 Hs가 입력되면, 인버터 제어부(36)는, 가속도 β｛＝[(f3-f2)/(t3-t2)]｝에 의해, 주파수 f3까지 가속한 후, 주파수 f3에서 일정속 운전(고속 운전)을 계속한다. 압입 스위치(41a1, 41a2)가 폐쇄된 상태로부터 압입 스위치(41a2)를 개방한 경우에는, 주파수 f3으로부터 감속도 β에 의해 주파수 f2까지 감속하여, 주파수 f2에서 운전(저속 운전)을 계속한다.
또한, 기동 시에 한 번에 압입 스위치(41a1, 41a2)를 폐쇄한 경우에는, 인버터 주회로(34)로부터 주파수 f1, 전압 V1이 출력되어, 가속도 α｛＝[(f2-f1)/(t2-t1)]｝에 의해 주파수 f2까지 가속한다. 이 사이에 과전류가 흘러, 풀 로터식 브레이크는 개방된다. 주파수 f2에 도달 후에는, 가속도 β｛＝[(f3-f2)/(t3-t2)]｝에 의해, 주파수 f3까지 가속을 계속하여, 주파수 f3에서 일정속 운전(고속 운전)을 계속한다.
주파수 f3에서 일정속 운전(고속 운전) 중에, 압입 스위치(41a1, 41a2)를 한 번에 개방하면, 인버터 주회로(34)는, 주파수 f3으로부터 감속도 β에 의해 주파수 f2까지 감속하면서 출력하고, 주파수 f2까지 감속하면 출력을 차단함으로써, 풀 로터식 브레이크는 제동한다. 또한, 저속 영역에서의 저속 운전은, 주파수 f2로 하는 것이 바람직하지만, 주파수 f2보다 높은 주파수로 적절하게 설정할 수 있다. 그 경우, 주파수 f2를 초과하는 영역의 가속도는, 가속도 β 내지 가속도 β 이하로 하는 것도 적절하게 가능하다. 또한, 권하 운전 동작은 상기 권상 운전 동작과 대략 동일하므로 그 설명은 생략한다.
이상에 의해, 권상기의 저속 운전 주파수보다 낮은 주파수에서, 과전압을 인가하고, 또한 과전압 인가 시의 가속도 α를 그 밖의 주파수의 가속도 β보다 작게 함으로써, 인버터 파워 사이클과 권상기 위치 결정 성능을 희생으로 하는 일 없이, 풀 로터식 브레이크를 확실하게 개방할 수 있다. 이에 의해 풀 로터식 브레이크가 반개방 상태로 운전되어, 브레이크가 과열되어 수명이 짧아진다고 하는 등의 문제가 없어진다.
이상 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 도 4의 전압-주파수(V-F) 패턴에 있어서 주파수 f＝f1 내지 f2의 기간의 전압값 V가 도 7의 A에 나타낸 바와 같이 V1'의 일정한 전압값이라도, B, C에 나타낸 바와 같이 f1 내지 f2', f2"의 기간의 전압값 V가 소정의 비율로 강하해도 이 기간의 권상기의 가속도가 완화되어, 풀 로터식 브레이크의 개방에 필요한 전류와 개방을 유지하는 데 필요한 전류 통전 시간을 확보하는 것이 가능하다. 또한, 가변속 권상기로서 전기 체인 블록을 예로 설명했지만, 본원 발명은 가속도 시간이 짧은 권상기에 널리 이용할 수 있다.
본 발명은, 인버터를 소정의 전압-주파수(V-F) 패턴으로 운전하도록 설정하고, 운전 개시 시의 인버터 출력 전력을 전동기에 출력할 때의 주파수를 f1, 전압을 V1로 하고, 전압 V1은 풀 로터식 브레이크를 개방할 수 있는 충분한 전류를 흘릴 수 있는 전압으로 하고, 또한 그 과전압 인가 시간(t2-t1)을 충분히 확보하기 위해서, 과전압 인가 시의 주파수 가속도를, 다른 주파수 구간보다 완만하게 한 것이다. 예를 들어, 전기 체인 블록과 같이 단시간에 가속하는 가변속 권상기에 있어서도, 전동기의 인버터 파워 사이클이나, 권상기의 위치 결정 성능을 희생으로 하는 일 없이, 운전 개시 시에 풀 로터식 브레이크를 확실하게 개방하는 전류를 통전할 수 있는 동시에, 브레이크가 반개방 상태로 운전하여, 브레이크가 과열되어 수명을 짧게 한다는 등의 경우가 없는 가변속 권상기로서 이용할 수 있다.
1 : 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기
10 : 모터 프레임
11 : 모터 스테이터
13 : 모터 로터
14 : 모터 축
16 : 베어링
17 : 베어링
18 : 풀 로터(흡인 철심)
19 : 브레이크 드럼 기부(철심)
21 : 브레이크 드럼
22 : 브레이크판
24 : 모터 엔드 커버
25 : 브레이크 스프링
27 : 팬
29 : 팬 커버
31 : 3상 교류 전원
32 : 정류 회로
33 : 평활 콘덴서
34 : 인버터 주회로
36 : 인버터 제어부
41 : 권상 운전용 상시 개방 2단 압입 스위치
42 : 권하 운전용 상시 개방 2단 압입 스위치

Claims (3)

  1. 가변속 권상기를 구동하는 풀 로터식 브레이크를 구비한 전동기와, 상기 전동기에 전력을 공급해서 구동하고, 상기 전동기의 속도를 완기동 제어하는 인버터를 구비한, 가변속 권상기에 있어서,
    상기 인버터를 소정의 전압-주파수(V-F) 패턴으로 운전하도록 설정하고, 상기 전압-주파수(V-F) 패턴은, 상기 전동기에 전력을 출력하는 최저 주파수를 f1, 과전압을 출력하는 최대 주파수를 f2, 최고 출력 주파수를 f3(f1<f2<f3)으로 하고, 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 상기 인버터가 출력되는 전압을 V1, V2, V3으로 하면, V2는 전압 V1 이하(V2≤V1)이고, 주파수가 f1로부터 f2로 증가하는 데 수반해서 출력 전압은 V1로부터 V2로 감소하고, 주파수가 f2로부터 f3으로 증가하는 데 수반해서 출력 전압은 V2로부터 V3으로 비례적으로 증가하도록 되어 있고,
    상기 전동기를 기동할 때에는, 주파수가 f1로부터 f2에 도달할 때까지의 가속도(출력 주파수 증가율)를, 주파수가 f2로부터 f3에 도달할 때까지의 가속도(출력 주파수 증가율)보다도 작게 하여, 풀 로터식 브레이크를 개방할 수 있는 충분한 전력을 통전하는 것을 특징으로 하는, 가변속 권상기.
  2. 제1항에 있어서, 가변속 권상기는 저속과 고속의 2속 운전되는 권상기이며, 상기 주파수 f2를 상기 인버터의 저속 운전용 출력 주파수 이하로 한 것을 특징으로 하는, 가변속 권상기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가변속 권상기가 전기 체인 블록인 것을 특징으로 하는, 가변속 권상기.
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