KR102374810B1 - 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법 - Google Patents

Abstract

엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예의 방법은, 인버터의 정지명령에 의해 상기 인버터의 출력주파수를 감속주파수로 전동기에 인가하고, 상기 인버터의 출력주파수가 닫힘주파수 레벨에 도달하면, 해당 시점부터 브레이크 닫힘 지연시간 이후에 브레이크 닫힘신호를 브레이크로 인가하고, 상기 인버터의 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨에 도달하면, 해당 시점부터 직류제동 시간 이후에 상기 인버터의 출력을 차단한다.

Description

엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING BREAK IN ELEVATOR SYSTEM}

본 발명은 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법에 대한 것이다.

일반적으로, 건물 내외부에 설치되어 사람이 탑승하거나 화물이 적재되어 운행되는 엘리베이터는 대부분 권상기와 와이어 로프의 마찰을 이용한 로프식 엘리베이터이다.

도 1은 일반적인 로프식 엘리베이터 시스템의 개략도이다.

로프식 엘리베이터는 인버터(1)에 의해 구동되는 전동기(3)의 회전력으로 권상기(5)를 회전시키고, 권상기(5)와 접촉하고 있는 와이어 로프(6)가 권상기(5)의 회전에 의해 움직여 카(7)를 승강 또는 하강하게 된다. 카(7)의 반대쪽에는 균형추(8)가 배치된다. 균형추(8)는 카(7)의 반대쪽에 위치하여 카(7)의 균형을 유지하는 것으로서, 정격하중의 45 내지 55%에 해당하는 무게로 결정된다.

이러한 엘리베이터 시스템에서, 전자 브레이크(magnet break)(4)는 권상기(5)와 연동된 전기적 안전장치로서, 제어부(2)의 브레이크 닫힘 또는 개방 제어신호에 의해 동작한다. 즉, 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어부(2)는, 브레이크 닫힘 및 개방 제어신호를 다기능 출력으로 브레이크(4)에 제공함으로써, 권상기(5)의 기계적인 브레이크(도시되지 않음)를 제어할 수 있다.

이러한 전자 브레이크 닫힘 신호를 제공하는 경우, 기계적인 지연 등에 의해 브레이크(4)의 닫힘 시점이 정확하지 않으면, 정지시 충격이 발생하는 경우가 발생한다. 정지시 충격은 실제 엘리베이터 승객의 승차감 및 시스템의 성능과 연관이 크므로, 정지시 충격을 줄이는 것이 중요하다.

종래의 경우, 제어부(2)는 위치 및 속도센서를 이용하여 카(7)의 위치 및 속도를 피드백받아 정지시 브레이크(4)에 브레이크 닫힘신호를 제공하는 것에 의해, 정지시 충격을 줄일 수 있었다.

그러나, 위치 및 속도센서가 구비되지 않는 저가형 엘리베이터 시스템의 경우, 이러한 대응이 불가능한 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 엘리베이터 운전시 기계적인 지연을 고려하여 브레이크 닫힘 주파수를 설정하여 제공함으로써 정지시 충격을 개선하여 승차감을 개선하는, 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법은, 인버터의 정지명령에 의해 상기 인버터의 출력주파수를 감속주파수로 전동기에 인가하는 단계; 상기 인버터의 출력주파수가 닫힘주파수 레벨에 도달하면, 해당 시점부터 브레이크 닫힘 지연시간 이후에 브레이크 닫힘신호를 브레이크로 인가하는 단계; 및 상기 인버터의 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨에 도달하면, 해당 시점부터 직류제동 시간 이후에 상기 인버터의 출력을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 닫힘주파수 레벨은, 상기 전동기의 동작이 모터링 동작인 경우, 모터링시 감속주파수에 의한 브레이크 닫힘 주파수 레벨일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 닫힘주파수 레벨은, 상기 전동기의 동작이 회생 동작인 경우, 회생시 감속주파수에 의한 브레이크 닫힘 주파수 레벨일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 브레이크 닫힘신호를 상기 브레이크에 인가하는 시간은, 상기 인버터의 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨에 도달하기 이전일 수 있다.

본 발명의 일실시예의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법은, 상기 인버터의 동작명령에 의해, 상기 인버터의 출력주파수를 브레이크 개방주파수까지 가속하는 단계; 상기 브레이크 개방 주파수에 상기 인버터의 출력주파수를 브레이크 개방 지연시간동안 유지하는 단계; 및 브레이크 개방 지연시간 이후, 상기 인버터의 출력주파수를 최대주파수까지 가속하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 인버터의 모터링과 회생을 판별하여 브레이크 닫힘신호를 인가하고, 브레이크 지연시간을 종래보다 더 빠르게 보상함으로써, 직류제동 구간에서 기계적인 브레이크를 닫아 정지시 충격을 더 줄이게 하는 효과가 있다.

도 1은 로프식 엘리베이터 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 엘리베이터 시스템의 제어동작을 설명하기 위한 제어흐름도를 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법의 작동흐름을 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도 2를 참조하여 종래의 브레이크 제어동작을 우선 설명하고, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 제어방법에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 엘리베이터 시스템의 제어동작을 설명하기 위한 제어흐름도를 나타내는 것으로서, 종래의 엘리베이터 시스템의 인버터(1)와 제어부(2)의 제어동작을 나타낸 것이다. 이때 A는 인버터(1) 출력주파수, B는 운전지령, C는 동작 릴레이 온신호(인버터 출력신호), D는 제어부(2)의 브레이크 제어신호를 나타낸다.

먼저 브레이크 개방 시퀀스에 대해 설명한다.

전동기(3)가 정지된 상태에서 상위 제어장치(도시되지 않음)로부터 운전지령(B)이 공급되면, 인버터(1)는 운전지령에 따라 정방향 또는 역방향으로 운전주파수(A)를 브레이크 개방주파수(2A)까지 가속한다. 전동기(3)의 주파수가 브레이크 개방주파수(2A)까지 도달하는 경우, 제어부(2)는 브레이크(4)로 브레이크 개방신호(D)를 출력한다.

이후 인버터(1)는 브레이크 개방 지연시간(2B)동안 주파수를 브레이크 개방주파수(2A)로 유지한 후, 출력주파수를 증가시켜 고속운전지령에 따라 가속한다. 2C는 브레이크 개방지점이 된다.

브레이크 닫힘 시퀀스는 다음과 같다.

전동기(3)의 운전중, 정지명령(운전지령(B) 오프)이 인가되면, 인버터(1)는 출력주파수를 감소시키고, 전동기(3)는 감속한다. 인버터(1)의 출력주파수(A)가 브레이크 닫힘주파수(2D)에 도달하면 감속을 중지하고, 제어부(2)는 브레이크 닫힘 지연시간(2E) 이후 브레이크 닫힘신호를 출력한다(즉, 개방신호(D) 오프).

이때 브레이크 닫힘시점(2F)은 닫힘 지연시간(2E)을 조절하는 것에 의해 조절가능하고, 인버터(1)는 브레이크 닫힘 지연시간(2E)보다 큰 직류제동시간(2G)만큼 직류제동을 하고 인버터(1) 출력을 차단하여 정지하게 된다.

이와 같이, 종래의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어에서, 브레이크 닫힘 지연시간(2E)과 감속시 직류 제동시간(2G)을 설정하여, 엘리베이터 정지시 충격을 완화하였다.

일반적으로 정지시 충격은 2가지 경우에 발생한다. 첫째, 전동기(3)가 완전히 정지하지 않은 상태에서 너무 빨리 전자 브레이크를 닫아 기계 브레이크(도시되지 않음)가 일찍 닫히는 경우이다. 둘째, 제어부(2)에서 너무 늦게 전자 브레이크를 닫아 출력이 오프된 상태에서 롤백(role back)이 발생하여 전동기(3)가 살짝 회전하는 중에 기계 브레이크가 닫히는 경우이다.

종래의 브레이크 제어의 경우, 위 두번째 경우처럼, 기계적인 지연이 커 브레이크가 늦게 닫힐 경우, 닫힘 지연시간을 짧게 하여도 브레이크가 늦게 닫히기 때문에 정지시 충격에 의해 엘리베이터의 카(7) 내부에 탑승할 경우 승차감이 나쁘게 느껴질 수 있다. 이는 브레이크 닫힘신호를 브레이크(4)에 제공하는 경우 기계적인 지연으로 인해 기계 브레이크(도시되지 않음)가 늦게 닫히게 되면, 상대적으로 전자 브레이크(4)가 먼저 닫히게 하는 것으로 해결할 수 있다. 그러나, 종래의 방식에서, 전자 브레이크(4)가 빨리 닫히는데 한계가 있었다.

따라서, 기계적인 지연을 고려한 정지시 브레이크 제어방식에 의해, 정지시 충격을 줄일 필요가 있다.

한편, 엘리베이터 부하는 4상한 운전을 하기 때문에 역행 및 회생의 판별이 중요하다. 인버터의 4상한 운전은 정전/역전을 할 수 있고, 기동/제동의 두방향 토크로 운전하는 것을 말한다. 역행은 인버터(1)의 에너지가 전동기(3)로 전달되는 일반 모터링 운전을 말하고, 회생은 에너지가 전동기(3)로부터 인버터(1)로 역으로 인가되는 운전을 말하는데, 두 경우 모두 전동기가 유도전동기인 경우에는 슬립에 의해 실제 속도가 달라진다. 전동기의 회전속도는 부하에 의해 지령속도에 비해 낮은 속도가 되는데, 이와 같이 지령속도에 비해 벗어난 정도를 슬립(slip)이라고 하며, 정격토크에서 운전하는 경우 3~5% 정도의 슬립이 발생한다.

저가형 엘리베이터의 경우, 위치 및 속도센서가 구비되지 않는 것이 일반적이기 때문에, 파워를 이용한 슬립보상 방식으로 저속에서 모터링과 회생을 판별한 후 브레이크 닫힘 주파수 기준을 모터링과 회생으로 구별하는 것이 중요하다. 그러나, 종래의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어의 경우 이러한 구별이 불가능하여, 엘리베이터에 사람이 탑승하는 경우 정지시 충격이 발생하여, 승차감이 나빠지는 경우가 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 정지시 기계적인 지연이 클 경우를 고려하여 개선된 브레이크 제어동작을 수행하기 위한 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도 1의 제어부(2)의 제어동작을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예의 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법의 작동흐름을 설명하기 위한 일예시도로서, 전동기의 모터링 동작에 의한 작동흐름을 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명의 일실시예의 브레이크 제어방법은, 브레이크 닫힘 시퀀스에서 동작하기 위한 것으로서, 먼저 도 4의 브레이크 개방 시퀀스에 대해 설명하기로 한다.

도 4에서, 인버터(1)의 출력주파수, F는 운전지령, G는 동작 릴레이신호(인버터 출력신호), H는 제어부(2)의 브레이크 제어신호를 나타낸다. 운전지령(F)이 온인 경우 동작명령이 가해지는 것이고, 운전지령(F)이 오프인 경우 정지명령이 가해지는 것이다.

전동기(3)가 정지된 상태에서 운전지령(F)에 의해 동작명령이 인가되면, 인버터(1)의 출력신호(G)도 온으로 전환되고, 인버터(1)는 정방향 또는 역방향에 따라 브레이크 개방주파수(4A)까지 가속할 수 있다.

브레이크 개방주파수(4A)에 도달한 후, 제어부(2)는 브레이크 개방신호(H)를 출력할 수 있으며, 인버터(1)는 브레이크 개방 지연시간(4B) 동안 출력주파수를 유지한 후, 출력주파수를 변화시켜 운전지령에 따라 가속할 수 있다. 4C는 브레이크 개방 포인트이다.

브레이크 개방 포인트(4C) 이후, 인버터(1)의 출력주파수는 증가하여, 최대 출력주파수(4D)에서 운전하게 된다.

이제, 도 3 및 도 4를 참조로 하여, 본 발명의 일실시예의 브레이크 제어방법의 브레이크 닫힘 시퀀스를 설명한다.

도 3을 참조로 하면, 인버터(1)는, 전동기(3)를 최대 출력주파수(4D)에서 운전하고(S10), 운전중 상부 제어부(도시되지 않음)로부터 정지명령(F)이 입력되면(S15, 4E), 전동기(3)는 인버터(1)의 제어에 의해 감속하게 된다. 인버터(1)는 감속주파수에 의해 전동기(3)를 운전할 수 있다.

이때 제어부(2)는, 전동기(3)의 동작이 모터링(motoring) 동작인지, 또는 회생 동작인지 확인할 수 있다(S20). 모터링인 경우, 모터링시 감속주파수에 의한 브레이크 닫힘 주파수를 결정하고(S25), 회생인 경우, 회생시 감속주파수에 의한 브레이크 닫힘 주파수를 결정할 수 있다(S30). 도 4에서, 모터링시 및 회생시 감속주파수는 미리 결정되어 각각 인버터(1) 또는 제어부(2)의 메모리(도시되지 않음)에 저장되어 있을 수 있다.

도 4의 경우, 모터링시 감속주파수 레벨(4G)을 예를 들어 설명하고 있으나, 회생시 감속주파수 레벨 역시 이와 동일하게 설명할 수 있을 것이다. 모터링시 감속주파수의 기울기와, 회생시 감속주파수의 기울기가 달리 나타날 수 있을 것이다.

이후, 제어부(2)는 현재 주파수가 닫힘주파수 레벨(4G)과 동일해지면(S35)(즉, 닫힘주파수 레벨(4G)에 도달하면), 브레이크 닫힘 지연시간(4H) 이후에 브레이크 닫힘신호를 전송할 수 있다(S40)(즉, 브레이크 제어신호(H)를 오프로 함). 이때, 닫힘주파수 레벨(4G)에 도달한 이후부터 브레이크 닫힘 지연시간(4H)까지 소요되는 시간은, 인버터(1)의 출력주파수가 직류제동 주파수(4I)에 도달하기 이전으로 설정될 수 있을 것이다. 즉, 제어부(2)의 브레이크 닫힘신호의 전송은, 인버터(1)의 출력주파수가 직류제동 주파수(4I)에 도달하기 전에 이루어질 수 있을 것이다.

이후, 인버터(1)는, 인버터(1)의 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨(4I)과 동일해지면(즉, 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨(4I)에 도달하면)(S45), 직류제동 시간(4K)이 경과한 이후 인버터 출력신호(G)가 오프로 전환되어, 인버터(1)의 출력이 차단될 수 있다(S50).

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 인버터(1)의 정지명령이 인가되면, 모터링와 회생을 판별하여 모터링 또는 회생시 브레이크 닫힘주파수(4G)에 도달하면, 브레이크 닫힘 지연시간(4H) 이후 브레이크(4)에 브레이크 닫힘신호(4J)를 전송(브레이크 제어신호 오프)함으로써, 직류제동 주파수(4I)에 도달하기 전에 전자 브레이크가 닫히도록 하여 기계적인 지연 후 실제 직류제동 중 기계적 브레이크가 작동할 수 있다.

또, 직류제동 주파수(4I) 이하로 출력주파수가 감속된 이후 직류제동 시간(4K)이 경과한 후 인버터 출력을 차단함으로써, 직류제동 중 기계적 브레이크가 작동하고 직류제동이 완료한 후 인버터 출력을 차단하여 정지하게 되면, 실제 엘리베이터 부하의 기계적인 지연이 길 경우에도 한계없이 보상함으로써, 적절히 브레이크가 동작하게 하여 정지시 충격을 줄일 수 있다.

본 발명에 의하면, 인버터(1)의 모터링과 회생을 판별하여 브레이크 닫힘신호를 인가하고, 기계적인 브레이크 지연시간을 종래보다 더 빠르게 보상함으로써, 직류제동 구간에서 기계적인 브레이크를 닫아 정지시 충격을 더 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 인버터 2: 제어부
3: 전동기 4: 브레이크
5: 권상기 6: 와이어 로프
7: 카 8: 균형추

Claims (5)

1. 인버터의 정지명령에 의해 상기 인버터의 출력주파수를 감속주파수로 전동기에 인가하는 단계;
   상기 인버터의 출력주파수가 닫힘주파수 레벨에 도달하면, 해당 시점부터 브레이크 닫힘 지연시간 이후에 브레이크 닫힘신호를 브레이크로 인가하는 단계; 및
   상기 인버터의 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨에 도달하면, 해당 시점부터 직류제동 시간 이후에 상기 인버터의 출력을 차단하는 단계를 포함하는 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 닫힘주파수 레벨은,
   상기 전동기의 동작이 모터링 동작인 경우, 모터링시 감속주파수에 의한 브레이크 닫힘 주파수 레벨인 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 닫힘주파수 레벨은,
   상기 전동기의 동작이 회생 동작인 경우, 회생시 감속주파수에 의한 브레이크 닫힘 주파수 레벨인 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 브레이크 닫힘신호를 상기 브레이크에 인가하는 시간은, 상기 인버터의 출력주파수가 직류제동 주파수 레벨에 도달하기 이전인 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 인버터의 동작명령에 의해, 상기 인버터의 출력주파수를 브레이크 개방주파수까지 가속하는 단계;
   상기 브레이크 개방 주파수에 상기 인버터의 출력주파수를 브레이크 개방 지연시간동안 유지하는 단계; 및
   브레이크 개방 지연시간 이후, 상기 인버터의 출력주파수를 최대주파수까지 가속하는 단계를 더 포함하는 엘리베이터 시스템의 브레이크 제어방법.

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