KR19980065449A - 엘리베이터의 속도 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도전동기에 의해 구동되는 교류 엘리베이터의 주행속도 제어기술에 관한 것으로, 토오크리플에 의해 승차감이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 전류검출기(33A),(33B),(33C) 및 속도 검출기(36)의 출력신호를 근거로 속도지령(W*)에 상응되는 펄스폭변조신호(PWM)를 생성함에 있어서 각 상 전류에 포함된 영상분 전류가 상쇄되도록 영상전류분을 구하고 이를 근거로 보정한 3상전류(ia'),(ib'),(ic')를 구하여 펄스폭변조신호(PWM)를 생성하는 속도제어부(38)를 포함하여 구성된 것이다.

Description

엘리베이터의 속도 제어장치
본 발명은 유도전동기에 의해 구동되는 교류 엘리베이터의 주행속도 제어기술에 관한 것으로, 특히 유도전동기의 토오크리플을 억제하여 엘리베이터 카의 승차감을 향상시키는데 적당하도록 한 엘리베이터의 속도 제어장치에 관한 것이다.
80년대 후반부터 인버터가 엘리베이터의 유도전동기에 본격적으로 적용되고 있는 실정에 있으며, 유도전동기의 속도제어에 벡터제어 이론을 적용하여 직류전동기의 속도제어 특성과 동등한 특성을 얻게 됨에 따라 엘리베이터 카의 승차감이 크게 향상되었다. 부수적으로, 엘리베이터에 인버터를 적용함으로써 소비전력 절감의 효과를 얻을 수 있었다.
벡터제어를 이용한 유도전동기의 속도를 제어함에 있어서, 전류제어기는 필수적인 것이며, 유도전동기의 회전속도가 속도지령을 추종하도록 속도제어기는 토오크성분 전류지령을 그 전류제어기에 입력시킨다. 전류제어를 위해서는 유도전동기에 흐르는 실제 전류를 검출해야 되는데, 이때 3상중 2상의 전류만을 검출하고, 이들로부터 나머지 한 상의 전류를 연산해 내어 전류제어기에 귀환시킨다. 전류제어기는 검출된 전류가 전류지령을 추종하도록 전압지령을 발생한다.
상기와 같이 제어되는 유도전동기는 여러가지 원인에 의해 토오크리플이 발생되는 데, 그 중에서 대표적인 것으로는 전류검출소자의 옵셋, 유도전동기 파라미터 불평형, 데드타임(dead-time)에 의한 토오크리플 등을 들 수 있다. 이와 같은 원인들에 의해 발생된 토오크리플 주파수는 유도전동기 입력전류 주파수의 각각 1배, 2배, 6배로 발생된다. 이와 같이 발생되는 토오크리플의 주파수가 기계계 고유주파수와 일치하거나, 고유주파수에 근접하게 되면 엘리베이터 카의 승차감이 매우 나빠진다.
종래기술에 의한 엘리베이터의 속도 제어장치는 도 1에서와 같이, 3상 교류 입력전압(AC)을 직류전압으로 변환하는 교류/직류변환기(11)와 ; 상기 변환된 직류전압을 가변전압, 가변주파수 형태의 교류전압으로 변환하여 유도전동기(14)에 공급하는 인버터(12)와 ; 상기 유도전동기(14)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기(13A),(13B)와 ; 상기 유도전동기(14)에 의해 각 층상을 주행하는 엘리베이터 카(15)와 ; 상기 유도전동기(14)의 회전속도를 검출하는 속도 검출기(16)와 ; 승강장 또는 카(15)의 부름에 따라 그 카(15)를 해당 층상으로 주행시키기 위해 운전지령 및 속도지령(W*)을 발생하는 운전제어부(17)와 ; 상기 전류검출기(13A),(13B) 및 속도검출기(16)의 출력신호를 근거로 현재의 주행 위치 및 속도를 인식하면서 상기 속도지령(W*)에 상응되는 펄스폭변조신호(PWM)를 생성하는 속도제어부(18)와 ; 상기 펄스폭변조신호(PWM)를 증폭하여 상기 인버터(12)내의 파워트랜지스터의 베이스에 공급하는 증폭부(19)로 구성된 것으로, 이의 작용을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
3상 교류 입력전압(AC)이 교류/직류변환기(11)를 통해 소정 레벨의 직류전압으로 전파정류된 후 다시 콘덴서(C)에 의해 평활되어 인버터(12)에 공급되고, 그 인버터(12)는 증폭부(19)로부터 공급되는 펄스폭변조된 형태의 베이스구동신호에 따라 그 직류전압을 스위칭하여 유도전동기(14)에 가변된 형태의 교류전압이 공급되며, 이에 의해 상기 유도전동기(14)가 구동되어 카(15)가 승강로상의 목적한 층상으로 주행하게 된다.
운전제어부(17)는 승강장에서 발생되는 승강장부름이나 카(15)내에서 발생되는 카 부름에 대응하여 그 카(15)를 해당 층으로 주행시키기 위해 속도제어부(18)에 속도지령(W*)를 공급한다. 이때, 상기 속도 제어부(18)는 상기 카(15)를 목적한 층상으로 정확하게 주행시키기 위하여, 속도검출기(16)를 통해 검출된 실제 속도신호(Wr)와 전류검출기(13A),(13B)를 통해 검출된 전류신호(ia),(ib)를 근거로 그 속도지령(W*)를 보상한 후 그 보상된 속도지령에 상응되는 펄스폭변조신호(PWM)를 생성한다.
이렇게 발생된 펄스폭변조신호(PWM)는 증폭부(19)에 의해 적정 레벨로 증폭된 후 상기 인버터(12)내 파워트랜지스터의 베이스 구동신호로 공급되어 그 파워트랜지스터가 스위칭되므로 이에 의해 유도전동기(14)에 가변된 형태의 교류전압이 공급된다.
한편, 도 2를 참조하여 상기 속도 제어부(18)에서 펄스폭변조신호(PWM)를 생성하는 과정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
감산기(21)에 의해 상기 운전 제어부(17)에서 출력되는 속도지령(W*)과 속도검출기(16)에 의해 검출된 실제속도(Wr)의 차성분이 구해지고, 속도 제어기(22)는 그 차성분에 따라 유도전동기(14)가 발생하여야 할 토오크성분 지령전류를 발생한다.
상기 전류검출기(13A),(13B)를 통해 검출된 전류신호(ia),(ib)가 직접 2상 동기 좌표변환기(28)에 공급되고, C상 전류 연산부(26)에 입력되어서는 나머지 C상의 전류신호(ic)가 연산되어 그 2상 동기 좌표변환기(28)에 공급된다.
동기좌표 변환시 주파수 연산부(27)는 상기 속도검출기(16)를 통해 검출된 실제 속도신호(Wr)와 상기 속도 제어기(22)에서 발생된 토오크성분 전류를 이용하여 동기주파수를 연산하고, 상기 2상 동기 좌표변환기(28)는 그 동기주파수를 이용하여 여자성분 전류를 생성한다.
전류제어기(24)는 상기 검출, 변환된 여자성분 전류와 토오크성분 전류가 일정한 여자전류 지령과 속도 제어기(22)에서 발생된 토오크성분 전류지령을 추종하도록 유도전동기(14)에 인가될 전압지령을 발생하고, 펄스폭변조신호 발생부(25)는 그 전압지령을 펄스폭변조신호(PWM)로 변환한다.
그런데, 상기 C상전류 연산부(26)에 의한 C상의 전류연산은 유도전동기(14)의 파라미터가 3상 평형이라는 조건에서 가능한 것이고, 또한, 전류 검출회로의 이득이 동일하다는 조건에서 가능한 것이다. 그러나, 실제 유도전동기(14)의 파라미터는 정확하게 3상평형이 아니고, 전류검출회로들의 이득이 정확하게 동일하지 않다. 이와 같은 이유들로 인하여 유도전동기(14)에는 영상분의 전류가 흐르게 되므로 이로부터 2배 주파수의 토오크리플이 발생된다. 이 토오크리플이 기계계 고유주파수와 일치하게 되면 증폭처리되어 엘리베이터의 카(15)에 전달되고, 이로 인하여 승차감이 나빠지게 된다.
이와 같이, 종래 엘리베이터의 속도 제어장치에 있어서는 유도전동기의 파라미터 불평형이나 각 상전류 검출회로의 이득오차로 인하여 유도전동기에는 영상분의 전류가 흐르게 되고, 이에 의해 전동기 전류 주파수의 2배가 되는 토오크리플 주파수가 발생된 후 엘리베이터가 가속되는 동안 임의의 속도에서 기계계 2차 고유주파수와 일치되므로 결과적으로, 유도전동기에서 발생된 토오크리플이 증폭되어 엘리베이터의 카에 절달되어 승차감이 저하되는 결함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 유도전동기 파라미터의 불평형이나 각 상전류 검출회로의 이득오차에 의한 2배 주파수의 토오크리플 발생을 억제하는 속도제어부를 구비한 엘리베이터의 속도제어장치를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 엘리베이터의 속도 제어장치에 대한 블록도.
도 2는 도 1에서 속도 제어부의 상세 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 엘리베이터의 속도 제어장치의 일실시 예시 블록도.
도 4는 도 3에서 속도 제어부의 일실시 예를 보인 상세 블록도.
도 5는 도 4에서 전류 보정부의 일실시 예를 보인 상세 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 교류/직류변환기32 : 인버터
33A-33C : 전류검출기34 : 유도전동기
35 : 카36 : 속도검출기
37 : 운전제어부38 : 속도 제어부
39 : 증폭부
도 3은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 엘리베이터의 속도 제어장치의 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 3상 교류 입력전압(AC)을 직류전압으로 변환하는 교류/직류변환기(31)와 ; 상기 변환된 직류전압을 가변전압, 가변주파수 형태의 교류전압으로 변환하여 유도전동기(34)에 공급함에 있어서 증폭부(39)의 제어를 받아 토오크리플이 발생되지 않게 하는 인버터(32)와 ; 상기 유도전동기(34)에 흐르는 3상전류를 각기 검출하는 전류검출기(33A),(33B),(33C)와 ; 엘리베이터 카(35)를 주행시키기 위한 동력을 발생하는 유도전동기(34)의 회전속도를 검출하는 속도 검출기(36)와 ; 승강장 또는 카(35)의 부름에 따라 그 카(35)를 해당 층상으로 주행시키기 위해 운전지령 및 속도지령(W*)을 발생하는 운전제어부(37)와 ; 상기 전류검출기(33A),(33B),(33C) 및 속도검출기(36)의 출력신호를 근거로 상기 속도지령(W*)에 상응되는 펄스폭변조신호(PWM)를 생성함에 있어서 각 상 전류에 포함된 영상분 전류가 상쇄되도록 보정된 3상전류를 구하고 이를 근거로 펄스폭변조신호(PWM)를 생성하는 속도제어부(38)와 ; 상기 펄스폭변조신호(PWM)를 증폭하여 상기 인버터(32)내의 파워트랜지스터의 베이스에 공급하는 증폭부(39)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명이 작용 및 효과를 첨부한 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 있어서, 3상 교류 입력전압(AC)이 교류/직류변환기(31)를 통해 소정 레벨의 직류전압으로 전파정류된 후 콘덴서(C)에 의해 평활되어 인버터(32)에 공급되고, 그 인버터(32)는 증폭부(39)로부터 공급되는 펄스폭변조된 형태의 베이스구동신호에 따라 그 직류전압을 스위칭하여 유도전동기(34)에 가변된 형태의 교류전압이 공급되며, 이에 의해 상기 유도전동기(34)가 구동되어 카(35)가 승강로상의 목적한 층상으로 주행하게 된다.
그런데 속도제어부(38)가 상기 증폭부(39)에 펄스폭변조신호(PWM)를 공급함에 있어서 토오크리플 발생을 억제하기 위하여, 3개의 전류검출기(33A),(33B),(33C)를 통해 3상입력전류(ia),(ib),(ic)를 직접 검출하여 영상분 전류(io)를 구한 후 이를 이용하여 각 상 전류에 포함된 영상분 전류가 상쇄되도록 가산시켜 새로 보정된 3상전류를 연산하게 되는 것으로 이 과정을 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 상기 속도제어부(38)의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한바와 같이, 속도 제어기(42)는 감산기(41)의 출력, 즉 속도지령(W*)과 속도검출기(36)에 의해 검출된 실제속도(Wr)와의 차에 따라 유도전동기(34)가 발생해야 할 토오크성분 전류지령을 발생한다. 상기 유도전동기(34)에 흐르는 3상전류(ia),(ib),(ic)가 전류검출기(33A),(33B),(33C)에 의해 검출되고, 이는 전류 보정부(46)에 의해 영상분전류가 상쇄되도록 보정된 3상전류(ia'),(ib'),(ic')로 출력된다.
동기좌표 변환시 주파수 연산부(47)는 상기 속도검출기(36)에 의해 검출된 실제속도(Wr)와 속도제어기(424)에서 발생된 토오크성분을 이용하여 동기주파수를 연산하고, 2상 동기좌표 변환기(48)는 그 동기주파수를 이용하여 상기 보정된 3상전류(ia'),(ib'),(ic')를 토오크성분 전류와 여자성분 전류로 변환한다.
또한, 감산기(43)는 상기 속도제어기(42)에서 출력되는 토오크성분 전류와 2상 동기좌표변환기(48)에서 출력되는 여자성분 전류와의 차성분을 구하여 출력하게 되며, 전류 제어기(44)는 그 차성분을 근거로 하여 상기 검출, 변환된 여자성분 전류와 토오크성분 전류가 일정한 여자전류 지령과 속도제어기(42)에서 발생된 토오크 성분전류 지령을 추종하도록 유도전동기(34)에 인가될 전압지령을 발생하고, 이렇게 발생된 전압지령은 펄스폭변조신호 발생부(45)에 의해 펄스폭변조신호(PWM)로 변환된다.
즉, 실제 유도전동기(34)의 파라미터는 정확하게 3상평형이 되지 않으며, 전류를 검출하는 회로의 이득도 3상이 동일하지 않기 때문에 그 유도전동기(34)에는 영상분 전류가 흐르게 되고, 이에 의해 그 유도전동기(34)에 인가된 주파수의 2배 주파수의 토오크리플이 발생되는데, 이와 같이 토오크리플을 야기하는 영상분 전류를 상쇄시키기 위하여 전류 보정부(46)를 사용한 것이다.
도 5는 상기 전류 보정부(46)의 일실시 구현예를 보인 것으로 이에 도시한 바와 같이, 영상분전류 연산기(51)는 상기 전류검출기(33A),(33B),(33C)에 의해 검출된 3상전류(ia),(ib),(ic)를 가산하여 영상분 전류(io)를 구하고, 이득곱셈기(52)는 그 영상분 전류(io)에 이득(k)을 곱하여 영상분 전류(io')가 구하게 되며, 이는 가산기 (53A),(53B),(53C)에서 상기 3상전류(ia),(ib),(ic)와 각기 가산되어 이들로부터 보정된 3상전류(ia'),(ib'),(ic')가 출력된다.
상기 보정된 3상전류(ia'),(ib'),(ic')는 전류검출기(33A),(33B),(33C)에 의해 검출된 3상전류(ia),(ib),(ic)에 포함된 영상분 전류가 상쇄된 전류이므로 상기 전류 제어기(44)에 의해 제어되는 전류 즉, 유도전동기(34)에 흐르는 전류는 3상 평형이 이루어져 종래와 같이 유도전동기(34)의 입력주파수의 2배 주파수에 해당하는 토오크리플이 발생되지 않는다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 토오크리플 발생을 억제하기 위하여, 3상입력전류를 각기 검출하여 영상분 전류를 구한 후 이를 이용하여 각 상 전류에 포함된 영상분 전류가 상쇄되도록 보정한 3상전류를 구하고, 이를 근거로 펄스폭변조신호를 생성함으로서 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 인버터(32)를 통해 유도전동기(34)를 구동시켜 엘리베이터의 카(35)가 주행되게 하는 엘리베이터의 운전제어장치에 있어서, 상기 유도전동기(34)에 흐르는 3상전류를 각각 검출하는 전류검출기(33A),(33B),(33C) 및 상기 유도전동기(34)의 회전속도를 검출하는 속도 검출기(36)와 ; 상기 전류검출기(33A),(33B),(33C) 및 속도 검출기(36)의 출력신호를 근거로 속도지령(W*)에 상응되는 펄스폭변조신호(PWM)를 생성함에 있어서 각 상 전류에 포함된 영상분 전류가 상쇄되도록 영상전류분을 구하고 이를 근거로 보정한 3상전류(ia'),(ib'),(ic')를 구하여 펄스폭변조신호(PWM)를 생성하는 속도제어부(38)와 ; 상기 펄스폭변조신호(PWM)를 증폭하여 상기 인버터(32) 내의 파워트랜지스터의 베이스에 공급하는 증폭부(39)로 구성한 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 속도 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 속도제어부(38)는 상기 유도전동기(34)에 흐르는 3상전류(ia),(ib),(ic)를 공급받아 영상분전류가 상쇄되도록 보정한 3상전류(ia'),(ib'),(ic')를 출력하는 전류 보정부(46)와 ; 주파수 연산부(47)에서 출력되는 동기주파수를 이용하여 상기 3상전류(ia'),(ib'),(ic')를 토오크성분 전류와 여자성분 전류로 변환하는 2상 동기좌표 변환기(48)와 ; 속도 제어기(42)에서 출력되는 토오크성분 전류와 상기 2상 동기좌표 변환기(48)에서 출력되는 여자성분 전류와의 차성분을 구하는 감산기(43)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 속도 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 전류 보정부(46)는 유도전동기(34)의 3상전류(ia),(ib),(ic)를 가산하여 영상분 전류(io)를 구하는 영상분전류 연산기(51)와 ; 상기 영상분 전류(io)에 이득(k)을 곱하여 영상분 전류(io')를 구하는 이득곱셈기(52)와 ; 상기 3상전류(ia),(ib),(ic)와 영상분 전류(io')를 가산하여 보정된 3상전류(ia'),(ib'),(ic')를 출력하는 가산기(53A),(53B),(53C)로 구성한 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 속도 제어장치.
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