KR101976647B1 - 승강기 비상전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 승상기 비상전원 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치는, 상용전원으로부터 공급된 교류전력을 공급하는 인버터부; 상기 인버터부를 통해 공급된 교류전력으로 승강기를 동작시키는 주모터; 전력을 저장하고, 충전된 전력을 상기 주모터에 공급하는 비상전원부를 포함하고, 상기 비상전원부는 상기 승강기가 자유 낙하하면서 발전된 전력이 저장될 수 있다. 본 발명에 의하면, 승강기에 공급되는 상용전원에 문제가 발생하여 공급되지 않더라도 승강기가 가까운 층까지 이동하여 탑승객이 승강기 내에 갇히지 않도록 함으로써, 탑승객이 쇼크를 받지 않고 안전하게 승강기를 이용할 수 있는 효과가 있다.

Description

승강기 비상전원 장치{EMERGENCY POWER EQUIPMENT OF ELEVATOR}
본 발명은 승강기 비상전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 승강기에 상용전원을 사용하지 못하는 상황이 발생할 때 승강기를 구동할 수 있는 승강기 비상전원 장치에 관한 것이다.
고층 건물 등에서 승강기는 다른 층으로 이동할 수 있는 편리한 이동 장치이다. 그런데, 정전이나 지진 등과 같은 비상 상황에 승강기에 공급되는 상용전원이 공급되지 않을 때, 승강기는 운행되지 못하고, 이때, 승강기를 이용하던 승객은 승강기 내에 갇히는 문제가 발생할 수 있다.
이렇게 승강기 내에 승객이 갇히면, 구조대가 도착하는 시간까지 승객이 승강기 내에 머물러 있어야 하는데, 그 시간이 결코 짧지 않아, 승객에게 그에 대한 트라우마 등이 발생할 수 있다.
종래에 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 보조 전원장치를 승강기에 구비하거나 자동구출 장치 등이 설치되는 등과 같이, 상용전원이 공급되지 않더라도 승강기 탑승객이 즉각 구출될 수 있도록 하는 많은 연구가 진행되었다.
그렇지만, 상기와 같은, 장치는 제조사마다 호환되지 않을 뿐만 아니라, 승강기를 통째로 바꾸는 등 경제적인 비용이 많이 소요되고, 교체를 위한 공사기간이 많이 소요되는 문제가 있다.
한편, 종래의 승강기는 도 1에 도시된 회로를 포함하여 승강기가 동작된다.
도 1은 종래의 승강기에 설치된 인버터에 포함되어 사용되는 회로구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 한전 측으로부터 삼상 동력전원(R.S.T)이 공급되고, 인버터 내부에서 교류전원이 직류전원으로 변환된다. 그리고 이렇게 직류전원으로 변환된 전원은 Q1 내지 Q6에 의해 주모터(13)가 가감속되도록 전압과 주파수를 가공하여 주모터(13)에 공급된다. 주모터(13)의 구동에 따라 승강기가 상승 또는 하강하는 동작이 이루어질 수 있다.
이때, 승강기가 상승 또는 하강하는 동작이 이루어지는 동안, 자유 낙하 현상이 발생하는데, 이때, 주모터(13)는 전력이 소모되지 않는다. 그에 따라 오히려 역전력이 발생하고, 이로 인해 인버터 내 직류전압이 상승하며, 승강기가 정해진 속도를 초과하여 과속하는 현상이 발생할 수 있다.
그래서 종래에는 승강기가 자유 낙하하면서 발전되는 전력을 소비하기 위해 별도로 회생제동저항기(PBR)와 회생 스위치(Q7)를 설치하고, 회생제동저항기(PBR)에 의해 발전된 전력을 소모함으로서, 직류전원의 전압이 상승하는 것을 억제하여 승강기가 부드러운 속도로 동작하도록 한다.
상기와 같이, 발생된 역전력을 회생제동저항기를 이용하여 소비함으로써, 기존의 승강기에서는 불필요한 전력이 소비되는 문제가 있다.
대한민국 등록실용신안 제20-0377981호 (2005.03.11)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기존에 설치된 승강기의 제조사에 무관하게 모든 기종에 호환될 수 있는 승강기 비상전원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치는, 상용전원으로부터 공급된 교류전력을 공급하는 인버터부; 상기 인버터부를 통해 공급된 교류전력으로 승강기를 동작시키는 주모터; 전력을 저장하고, 충전된 전력을 상기 주모터에 공급하는 비상전원부를 포함하고, 상기 비상전원부는 상기 승강기가 자유 낙하하면서 발전된 전력이 저장될 수 있다.
상기 인버터부는, 상기 주모터가 가감속하도록 전압 및 주파수를 가공하기 위해 상기 주모터와 3상으로 연결된 제1 내지 제6 스위치; 및 턴 오프되어 상기 승강기의 자유 낙하에 의해 발전된 전력을 상기 비상전원부에 공급하기 위한 제7 스위치를 포함하고, 상기 제7 스위치는 상기 인버터부의 직류 전압의 과전압을 억제하기 위해 구비될 수 있다.
이때, 상기 비상전원부는, 상기 제7 스위치가 턴 오프됨에 따라 공급된 전력을 저장하는 배터리; 및 상기 배터리에 전력이 저장되도록 상기 배터리를 충전하는 배터리 충전기를 포함할 수 있다.
그리고 상기 비상전원부는, 상기 배터리가 과방전되는 것을 제어하기 위한 과방전 제어기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비상전원부는, 상기 배터리가 충전되지 않을 때, 상기 공급된 전력을 소비하는 회생제동저항기(PBR)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 비상전원부는, 상기 공급된 전력을 상기 배터리 측 또는 상기 인버터부로 공급하기 위한 제8 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터부는 상기 비상전원부에서 상기 주모터로 전력이 공급되면, 상기 상용전원에서 상기 주모터로 공급되는 전력을 차단하기 위한, 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 스위치는 스위칭 동작을 할 수 있는 반도체 소자일 수 있다.
그리고 상기 주모터의 기계적 브레이크 개방 및 상기 승강기 문의 개폐를 위해 전력을 제어하는 제어패널부; 및 상기 상용전원 또는 비상전원부로부터 공급된 전력을 상기 제어패널부에 공급하기 위해 직류 전력을 교류전력으로 변환하는 컨버터부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 승강기에 공급되는 상용전원에 문제가 발생하여 공급되지 않더라도 승강기가 가까운 층까지 이동하여 탑승객이 승강기 내에 갇히지 않도록 함으로써, 탑승객이 쇼크를 받지 않고 안전하게 승강기를 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 승강기가 자유 낙하하는 현상이 발생하는 동안 역전력이 발생하는 것을 회생제동저항기를 이용하여 소모하지 않고, 이를 배터리에 충전함으로써, 종래보다 저전력으로 승강기를 운행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 승강기에 설치된 인버터에 포함된 회로구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치를 제어하기 위한 회로구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치에 포함된 회로구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치에 포함된 회로구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치를 제어하기 위한 회로구성을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 승강기 비상전원 장치는, 인버터부(111), 비상전원부(113) 및 주모터(115)를 포함한다.
인버터부(111)는 한전 측으로부터 공급된 삼상 동력 전원(R.S.T)이 교류전원을 주모터(115)에 공급하기 위해 구비된다. 또는, 비상전원부(113)에서 공급되는 직류전원이 변환된 교류전원을 주모터(115)에 공급하기 위해 구비된다. 이를 위해 인버터부(111)는 제1 내지 제6 스위치(Q1 내지 Q6)에 의해 주모터(115)가 가감속하기 위한 전압 및 주파수를 가공하여 주모터(115)에 공급된다. 그리고 주모터(115)에 공급된 전력에 따라 승강기가 상승 또는 하강된다.
여기서, 주모터(115)는 인버터부(111)와 삼상 전원(U.V.W)로 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 회로 구성은, 주모터(115)에 연결되는 삼상 중 하나(U.)가 제1 및 제4 스위치(Q1, Q4)와 전기적으로 연결되고, 다른 하나(V.)가 제3 및 제6 스위치(Q3, Q6)와 전기적으로 연결되며, 또 다른 하나(W.)가 제2 및 제5 스위치(Q5)와 전기적으로 연결된 구성을 가질 수 있다.
상기와 같이, 전기적으로 연결된 인버터부(111)의 동작을 설명하면, 일례로, 비상전원부(113)를 통해 직류 전력이 공급되면, 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2)가 턴 온되고, 나머지 제2 내지 제4 스위치(Q3~Q6)가 턴 오프된다. 그에 따라 교류 전력이 제1 스위치(Q1), 삼상 중 하나(U.), 주모터(115), 삼상 중 또 다른 하나(W.) 및 제2 스위치(Q2)로 흐를 수 있다. 그리고 제5 스위치(Q5), 삼상 중 또 다른 하나(W.), 주모터(115), 삼상 중 하나(U.) 및 제4 스위치(Q4)로 교류 전력이 흐를 수 있다. 이때, 제4 및 제5 스위치(Q4, Q5)를 제외한 다른 스위치(Q1, Q2, Q3, Q6)는 턴 오프된다.
그리고 비상전원부(113)를 통해 직류 전력이 공급되면, 제2 및 제3 스위치(Q2, Q3)가 턴 온되고, 나머지 제1 스위치(Q1) 및 제4 내지 제6 스위치(Q4, Q5, Q6)가 턴 오프된다. 그에 따라 교류 전력이 제3 스위치(Q3), 삼상 중 또 다른 하나(V.), 주모터(115), 삼상 중 다른 하나(W.) 및 제2 스위치(Q2)로 흐를 수 있다. 그리고 제5 스위치(Q5), 삼상 중 다른 하나(W.), 주모터(115), 삼상 중 또 다른 하나(V.) 및 제6 스위치(Q6)로 교류 전력이 흐를 수 있다. 이때, 제5 및 제6 스위치(Q5, Q6)를 제외한 다른 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)는 턴 오프된다.
또한, 비상전원부(113)를 통해 직류 전력이 공급되면, 제1 및 제6 스위치(Q1, Q6)가 턴 온되고, 나머지 제2 내지 제5 스위치(Q2, Q3, Q4, Q4)가 턴 오프된다. 그에 따라 교류 전력이 제1 스위치(Q1), 삼상 중 하나(U.), 주모터(115), 삼상 중 또 다른 하나(V.) 및 제6 스위치(Q6)로 흐를 수 있다. 그리고 제3 스위치(Q3), 삼상 중 또 다른 하나(V.), 주모터(115), 삼상 중 하나(U.), 및 제4 스위치(Q4)로 교류 전력이 흐를 수 있다. 이때, 제3 및 제4 스위치(Q3, Q4)를 제외한 다른 스위치(Q1, Q2, Q5, Q6)는 턴 오프된다.
여기서, 3상의 각 상은 120도의 위상차가 발생할 수 있다.
상기와 같이, 승강기가 상승 또는 하강하는 동작 중에 어느 한쪽으로 동작하는 동안 자유 낙하 현상이 발생할 수 있다. 이렇게 자유 낙하 현상이 발생함으로 인해 주모터(115)에서 전력 소모가 발생하지 않고, 자유 낙하 현상으로 전력이 발전될 수 있다. 발전된 전력으로 인해 역전력 발생하는데, 이 역전력이 직류전원에 합산될 수 있다. 이렇게 합산된 직류 전압이 상승함에 따라, 승강기가 정해진 속도를 초과하여 과속될 수 있다. 그에 따라 자유 낙하로 인해 발전된 전력을 제어하기 위해 제7 스위치(Q7)를 이용하여 조절할 수 있다.
즉, 자유 낙하로 인해 전력이 발전되면, 제7 스위치(Q7)가 턴 오프되어 발전된 전력이 비상전원부(113)로 공급된다. 이렇게 제7 스위치(Q7)에 의해 종래와 달리 회생제동저항기(PBR)에서 소비하지 않고, 비상전원부(113)에 공급하여 충전할 수 있다. 그에 따라 비상전원부(113)에 충전된 전력을 이용하여 주모터(115)에 공급하여 승강기에 상용전원이 공급되지 않더라도 승강기가 동작할 수 있다.
따라서 운행 중이던 승강기에 상용전원이 공급되지 않더라도 승강기가 동작할 수 있다.
이렇게 비상전원부(113)에 전원이 공급되면, 배터리 충전기(113a)에 의해 배터리(113c)에 직류전력이 충전될 수 있다. 그리고 배터리(113c)에는 과방전 제어기(113b)가 전기적으로 연결되며, 과방전 제어기(113b)에 의해 배터리(113c)가 과방전되거나 과충전되는 것을 감지하여, 배터리(113c)로 공급되는 전력을 차단하거나 배터리(113c)가 일정 이상 방전되는 것을 차단할 수 있다.
이때, 비상전원부(113)에 포함된 제8 스위치(Q8)는 배터리(113c)의 충전이 완료되었거나, 충전중이더라도 발전되는 승강기의 자유 낙하에 의해 발전되는 직류 전원의 전압이 설정된 전압을 초과하면, 배터리(113c)에 충전되는 전력을 차단한다. 그리고 발전된 전력을 회생제동저항기(PBR)로 공급하여 전력이 소모되도록 한다.
이렇게 승강기가 구동되는 동안 충전 또는 방전되도록 함으로써, 승강기가 동작하면서 소비되는 전력을 절약할 수 있다.
본 실시예에서, 배터리(113c)의 용량은 상용전원이 공급되지 않을 때, 승강기가 가까운 층까지 운행될 수 있을 정도의 용량을 가지면 된다. 물론, 필요에 따라 그 이상의 전원이 충전되어 상용전원에 문제가 없는 경우에도 비상전원부(113)의 전력으로 승강기를 운행하도록 제어할 수 있다.
여기서, 비상전원부(113)가 동작됨에 따라 주모터(115)에 비상전원부(113)에 포함된 배터리(113c)에서 전원이 공급되는 경우, 한전으로부터 상용전원이 주모터(115)에 공급되는 것을 차단할 필요가 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 소자이며, 3상 다이오드인 제1 내지 제3 다이오드(SCR1, SCR2, SCR3)가 구비될 수 있다. 제1 내지 제3 다이오드(SCR1, SCR2, SCR3)는 스위칭 작동을 할 수 있으며, 주모터(115)에 상용전원 및 비상전원부(113)의 전원이 동시에 공급되지 않도록 한전에서 공급되는 상용전원이 주모터(115)에 공급되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 별도의 스위치를 이용하지 않더라도 제1 내지 제3 다이오드(SCR1, SCR2, SCR3)를 통해 주모터(115)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 그에 따라 전용 인버터 제작 시, 정류 브리지 다이오드 겸 개폐가 이루어지도록 할 수 있다.
또는, 상기와 같이, 3상 다이오드(SCR1, SCR2, SCR3)를 이용하지 않는 경우, 별도의 스위치(미도시)가 인버터부(111)에 포함될 수 있다. 비상전원부(113)에서 주모터(115)에 전원이 공급되는 경우, 한전으로부터 상용전원이 공급되지 않은 경우이지만, 주모터(115)에 상용전원 및 비상전원부(113)에서의 전원이 동시에 공급되는 경우에 주모터(115)에 과도한 전원이 공급될 수 있다. 그에 따라 주모터(115)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해 별도의 스위치는 비상전원부(113)에서 주모터(115)에 전원이 공급되면, 상용전원이 주모터(115)에 공급되는 것을 차단할 수 있다. 여기서, 별도의 스위치는 무접점 반도체일 수 있다.
또한, 필요에 따라 별도의 스위치는 구비되지 않고, 도 1에 도시된 종래의 차단스위치(MC)가 상용전원이 주모터(115)에 공급되는 것을 차단할 수도 있다. 여기서, 종래의 차단스위치(MC)는 기계적인 접점 스위치일 수 있다.
그리고 제어패널부(130)를 더 포함할 수 있다. 제어패널부(130)는 기존 승강기 내에 포함될 수 있으며, 승강기 내에 기본적인 제어 전력과 주모터(115)의 기계적인 브레이크 개방, 승강기 문의 개폐를 제어할 수 있다. 여기서, 제어패널부(130)에 공급되는 전력은 컨버터부(120)에서 공급될 수 있다. 이는 상용전원이 정전이나 사고 등으로 갑자기 차단되면, 승강기 내에 탑승객은 승강기 내에 갇힐 수 있다. 그에 따라 상용전원이 갑자기 차단되는 등의 사고로 인해 승강기가 주행 중에 급정지되지 않도록 동작할 수 있다.
이때, 상용전원이 공급되지 않을 때, 컨버터부(120)로 공급되는 전력은 비상전원부(113)의 배터리(113c)에 충전되어 있는 직류전력이 공급된다. 따라서 컨버터부(120)는 공급된 직류전력을 제어패널부(130)에 공급하기 위해 교류전력으로 변환할 수 있다.
여기서, 컨버터부(120)의 전원은 삼상으로 구비될 수 있고, 이는 기존 설치된 승강기에 브레이크 개방 전원을 삼상으로 이용하므로, 호환성을 높이기 위함이다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
111: 인버터부
113: 비상전원부
113a: 배터리 충전기
113b: 과방전 제어기
113c: 배터리
115: 주모터
120: 컨버터부
130: 제어패널부
PBR: 회생제동저항기

Claims (8)

  1. 상용전원으로부터 공급된 교류전력을 공급하는 인버터부;
    상기 인버터부를 통해 공급된 교류전력으로 승강기를 동작시키는 주모터; 및
    전력을 저장하고, 충전된 전력을 상기 주모터에 공급하는 비상전원부를 포함하고,
    상기 비상전원부는 상기 승강기가 자유 낙하하면서 발전된 전력이 저장되고,
    상기 인버터부는,
    상기 주모터가 가감속하도록 전압 및 주파수를 가공하기 위해 상기 주모터와 3상으로 연결된 제1 내지 제6 스위치; 및
    상기 승강기의 자유 낙하에 의해 전력이 발전되면 턴오프되어 상기 비상전원부에 전력을 공급하는 제7 스위치를 포함하고,
    상기 비상전원부는,
    공급되는 전력을 소모하는 회생제동저항기;
    전력을 저장하는 배터리;
    공급되는 전력을 상기 배터리에 충전하는 배터리 충전기; 및
    상기 발전된 전력을 상기 회생제동저항기 또는 상기 배터리 충전기에 공급하되, 상기 배터리의 충전이 완료되었거나 상기 승강기의 자유 낙하에 의해 발전되는 직류 전원의 전압이 설정된 전압을 초과하면, 상기 발전된 전력을 상기 회생제동저항기에 공급하는 제8 스위치를 포함하는 승강기 비상전원 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 비상전원부는,
    상기 배터리가 과방전되는 것을 제어하기 위한 과방전 제어기를 더 포함하는 승강기 비상전원 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터부는 상기 비상전원부에서 상기 주모터로 전력이 공급되면, 상기 상용전원에서 상기 주모터로 공급되는 전력을 차단하기 위한, 하나 이상의 스위치를 포함하는 승강기 비상전원 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하나 이상의 스위치는 스위칭 동작을 할 수 있는 반도체 소자인 승강기 비상전원 장치.
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