KR20000057507A - 엘리베이터 제어장치 및 전력 변환기 제어장치 - Google Patents

Abstract

계통전원에 접속된 컨버터와, 이 컨버터의 출력을 평활하는 평활 콘덴서와, 이 평활콘덴서의 전압을 가변주파수·가변전압의 교류로 변환하는 PWM 인버터와, 이 인버터에 의해 전원이 공급되는 전동기에 의해 구동되는 엘리베이터에 있어서, 태양전지와, 이 태양전지에서 발생된 순시출력파워를 축적할 수 있는 수 F 이상의 대용량 전력 콘덴서와, 이 콘덴서의 출력전압을 조정하는 출력전압 조정수단을 구비하고, 태양전지의 발생전력을 평활 콘덴서에 주입하며, 컨버터의 전압제어계에 의해, 태양 전지에서 발생된 에너지를 엘리베이터 운전 에너지로서 이용할 수 있고, 그 잉여 에너지를 자동적으로 상용전원측에 반환할 수 있는 엘리베이터 제어장치가 제공된다.

Description

엘리베이터 제어장치 및 전력 변환기 제어장치{ELEVATOR CONTROL DEVICE AND CONTROL DEVICE FOR POWER CONVERTER}

태양전지를 엘리베이터장치에 적용한다고 하는 기술적 사상은 여러가지가 있다. 첫번째로, 일본국 특개평 제 2-l00973호 공보에는, 배터리(축전지)를 준비하여, 엘리베이터가 정지해 있는 동안에 태양 전지에서 발생한 에너지를 축전지에 충전하는 것이 개시되어 있다.

이 종래기술은 태양 전지의 이용률이 나빠서, 절전효과는 그다지 기대할 수 없다.

또한, 축전지의 충전능력은 온도 등의 환경조건이나 충방전 상태(전압이나 전류의 값)에 의해 변화하기 때문에, 동일한 충전조건·상태에서 태양전지의 에너지를 반드시 축적할 수 있는 것은 아니다.

더구나, 축전지의 충전능력은 시간이 지남에 따라 변화해 가기 때문에, 새롭게 보수·점검 등의 여분의 작업이 발생하는 번잡함도 있다.

두번째로, 일본국 특개소 제 59-153778호 공보에는, 엘리베이터를 운전하는 데에 필요한 평균전력을 교류전원 또는 태양전지(l차 전지)로부터 공급하고, 가감속 운전시의 맥동전력은 축적 에너지장치(2차 전지)로부터 공급하도록 한 것이 개시되어 있다.

이 종래기술도, 태양전지의 이용률이 나빠서, 절전효과는 그다지 기대할 수 없다. 즉, 축적 에너지장치가 충분히 충전되어 있으면 태양전지로부터의 에너지를 받을 수 없기 때문이며, 가감속이 빈번하게 반복되고, 회생 에너지를 축전 에너지장치로 되돌리는 상태가 빈번하게 생기는 엘리베이터에서는 특히 심각하다. 엘리베이터의 가속시간은 통상 수분 이내에 종료한다. 이 시간 내에 가감속시에 발생하는 맥동전력을 태양전지로부터 공급하게 되면, 태양전지에서 발생한 에너지는 이 시간 내에 축적 에너지장치에 충전될 수 있어야 한다. 한편, 태양전지의 발생전력은 일조량에 의해 시시각각으로 변동하기 때문에, 이 단시간 내에 필요한 에너지를 반드시 공급할 수 있는 것은 아니다.

또한, 축적 에너지장치로서 납 축전지 등의 2차 전지를 이용하기 때문에, 상기 기술과 같이, 보수·점검작업도 필요하다.

세번째로, 태양전지와 상용전원을 이용하여 엘리베이터를 구동시키는 다른 예로서, 일본국 특개소 61-12579호 공보가 있고, 태양전지의 출력전압이 감소한 경우에 상용전원으로 전환된다.

이 종래기술은, 출력특성이 다른 이종전원(태양전지와 상용전원)을 전환하기 때문에, 전환시에 과도적인 전압변동을 주어, 토오크 진동이 발생하여 엘리베이터의 탑승 기분을 악화시킨다.

또한, 태양전지에서 발생한 에너지를 일단 축전지에 축적하고 있어, 축전지의 보수성에 문제가 있다.

이상 서술한 인용예는 어느 것이나 축전지를 이용하고 있어, 이것에는 다음과 같은 공통된 문제가 있다. 축전지는 화학반응을 이용하여 전기 에너지를 축적하는 방식이기 때문에 축전지의 상태에 따라서 충전할 수 있는 능력이 변하고, 일반적으로, 엘리베이터의 가감속이 종료하는 수분 이내라고 하는 단시간에는 태양 전지에서 발생하고 있는 순시 에너지를 충전할 수 없다. 충전할 수 있는 것은 태양 전지가 발생한 평균 에너지이다.

또한, 축전지가 과충전의 상태에 있을 때에는 거의 충전할 수 없다. 가령, 이러한 상태에서, 강제적으로 충전하는 것을 계속하면, 급격하게 축전지의 열화가 진행한다. 또한, 고온이나 저온의 설치환경 하에서는, 축전지로서의 본래의 에너지 축적기능이 대폭 저하한다. 이와 같이, 여러가지의 조건에 의해 충전특성이 변하는 축전지를, 시시각각으로 일조량에 의해 그 출력특성이 변동하는 태양전지의 발생 에너지 축적수단으로서 이용하는 것은, 에너지 축적 효율상, 유효하지 않다.

또한, 내용연수가 10년 이상으로 대단히 긴 엘리베이터에 적용하는 것은, 축전지가 경시 열화라는 고유의 특성이 있기 때문에 유지보수가 불가결하게 되어 번잡하다. 동시에, 일반적으로, 축전지로서 이용하기 위해서는, 축전지의 셀을 복수개 사용하게 되기 때문에, 개개의 특성에 변동이 있어, 신뢰성에도 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 태양 전지로부터 발생한 전력을 효율적으로 이용할 수 있는 엘리베이터 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 컨버터와 VVVF(가변전압·가변주파수) 인버터에 의해 교류 전동기에 전력을 공급하는 엘리베이터 제어장치의 개량에 관한 것으로, 특히 태양 전지를 구비한 엘리베이터 제어장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 시스템 구성도,

도 2는 도 1의 컨버터 시스템에 있어서의 동작을 설명하는 흐름도,

도 3은 태양전지로부터 최대 순시전력을 인출하는 방법을 설명하는 도면,

도 4는 태양전지계에서 실행되는 처리를 설명하는 흐름도,

도 5는 도 1의 컨버터 콘트롤러의 제어 블록도,

도 6은 도 1의 인버터 콘트롤러의 제어 블록도,

도 7은 1대의 컨버터로 복수의 엘리베이터 시스템에 태양전지의 에너지를 주입하는 실시예,

도 8은 도 7의 전원계통 관리 시스템의 처리를 설명하는 흐름도,

도 9는 복수대 엘리베이터 구동 시스템에 태양전지의 에너지를 공급하도록 한 실시예를 각각 나타낸다.

본 발명의 어떤 일면에 따르면, 전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터와, 해당 컨버터의 출력측에 접속된 콘덴서와, 해당 콘덴서의 직류전력을 가변전압·가변주파수의 교류전력으로 변환하는 인버터와, 해당 인버터에 의해 전력이 공급되어 엘리베이터 탑승 케이지를 승강 구동하는 전동기를 구비한 엘리베이터 제어장치에 있어서, 태양전지와, 해당 태양전지가 발생하는 전력을 상기 콘덴서에 주입하는 수단과, 상기 콘덴서의 전력을 상기 전원으로 회생시키도록 상기 컨버터를 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에서, 상기 컨버터 제어수단은 상기 콘덴서의 전압이 소정의 전압범위를 유지하는 전압제어계를 구비하고, 상기 전원으로부터 상기 콘덴서에 전력을 주입하고 또는 상기 콘덴서의 전력을 전원에 역조류시키도록 상기 컨버터를 가역적으로 제어하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에서는, 컨버터의 직류측에 설치한 평활용의 상기 콘덴서 이외에, 상기 태양전지의 출력측에, 그 순시 출력전력을 흡수하는 능력을 갖는 용량의 전력용 콘덴서를 설치하고, 이 전력용 콘덴서의 전력을 상기 평활 콘덴서에 주입할 수 있는 전력상태로 전력 변환하는 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

태양전지의 출력단자에, 순시 에너지를 축적할 수 있는 대용량 전력용 콘덴서와 같은 순시전력 축적수단을 구비한다.

다음에, 해당 전력용 콘덴서의 출력전압과 태양전지의 출력전류를 검출하는 출력전압 및 출력전류 검출수단을 구비하고, 검출된 출력전압과 출력전류와의 곱으로부터 현시점에서 태양전지에서 발생하고 있는 순시전력을 연산하여, 항상 태양 전지로부터 최대의 전력을 인출할 수 있는 조건을 구하는 태양전지 순시파워 연산수단을 설치한다.

그리고, 태양전지에서의 발전상황을 판단하기 위한 태양전지의 발전상황 판단수단과, 다시 상기 순시전력 축적수단에 현재의 상태에서 어느 정도의 에너지(전력량)가 축적되어 있는가를 구하여, 해당 에너지가 엘리베이터의 비상용 전원으로서 이용할 수 있는 양에 도달해 있는가를 판단하는 태양전지 에너지 축적량 판단수단을 구비한다.

이상이, 태양전지의 에너지를 축적하고, 태양전지의 에너지를 최대한으로 이용할 수 있도록 하기 위한 수단이다.

상기한 순시전력 축적수단에 축적된 에너지를, 컨버터의 출력측의 부가되는 평활 콘덴서에 주입한다. 이 때문에 다음과 같은 수단을 갖는다.

즉, 상기 순시전력 축적수단, 본원에서는 대용량 전력용 콘덴서, 통상의 콘덴서와는 다르며, 수 F(패러드) 이상의 용량을 갖고, 저압(수십 V 정도)으로 대전류(수십 A 이상)를 흘릴 수 있는 대용량 전력용 콘덴서이다. 이 콘덴서는 순시전력을 흡수할 수 있고, 더구나 엘리베이터의 내용연수 내에서는 거의 경시적 변화는 없다.

일반적으로, 태양전지는 단일 몸체의 셀의 상태로 구성된 것이 아니라, 각 셀을 복수개 모듈화해서 구성된다. 따라서, 태양전지는 단위 셀을 임의로 조합하여 구성되기 때문에, 그 출력전압도 여러가지의 값을 취할 수 있다. 그러나, 단위 셀의 전압은 대단히 작기 때문에, 모듈화하더라도, 태양전지의 출력전압은 수십 V 정도로, 비교적 저압이다.

한편, 상기의 순시전력 축적수단으로서는, 축전지 상당의 전력을 축적할 수 있는 능력이 있는 정도의 대용량, 즉 수 F 이상의 용량을 갖는 것이 필요조건이다. 이러한 전력용 콘덴서는 특성상 고내압화가 곤란하므로, 저압·대용량의 특성을 갖는다. 현재, 이 종류의 콘덴서로서 전기 2중층형의 콘덴서를 이용할 수 있다.

대용량을 갖는 전력용 콘덴서와 태양전지의 양자의 특성에는, 비교적 저압이라는 공통성이 있어, 서로 접속하기 쉽기 때문에, 순시전력 축적수단으로서 이용할 수 있다.

이와 같이 구성된 결과, 태양전지의 모듈의 전압은 상기 순시전력 축적수단의 출력전압과 같은 정도로 되어, 상기의 컨버터 출력측의 평활 콘덴서의 전압에 비하여 낮아진다. 이 때문에, 태양전지로부터 발생하여 해당 순시전력 축적수단에 축적된 순시 에너지를 끊임없이 평활 콘덴서에 주입할 수 있도록 하기 위해서는, 순시전력 축적수단의 출력전압의 레벨을 평활 콘덴서의 출력전압 이상으로 증폭시켜 줄 필요가 있다. 이 때문에, 상기 순시전력 축적수단의 출력측에 승압수단을 구비한다.

또한, 평활 콘덴서의 전압은 엘리베이터의 가감속 운전상태, 부하상태, 상용전원의 변동 등에 의해 끊임없이 변하고 있다. 이러한 평활 콘덴서의 출력전압의 변동에 관계없이, 평활 콘덴서에 항상 순시 에너지를 흘리는 것을 계속하도록 하기 위해서, 이 승압수단의 출력측에는, 평활 콘덴서와 승압수단을 절연하는 수단(역류방지수단)을 설치하여, 어떠한 경우에도 평활 콘덴서측으로부터 승압수단측에는 에너지의 역류가 발생하지 않도록 해야 한다. 이 절연수단으로서는, 여러가지가 고려되지만, 가장 간단한 수단으로서는 다이오드가 효과적하다. 이 절연수단을 부가함으로써, 승압수단에서는, 그 전압을 평활 콘덴서의 전압레벨보다도 항상 크게 하는 증폭의 동작을 행할 뿐이고, 자연스럽게 태양전지에서 발생하고 있는 순시 에너지는 평활 콘덴서에 일방적으로 흘러, 축적된다.

그리고, 이러한 동작에 의해 평활 콘덴서의 전압이, 소정(승압수단의 증폭이 가능한)의 전압까지 높아지면, 승압수단의 동작은 자연스럽게 정지한다.

이러한 상태가 되면, 컨버터는 태양전지에서 발생한 에너지를 상용전원측으로 되돌리는 동작을 행하고, 이것에 의해, 태양전지의 에너지는 전원측으로 역조류하게 된다. 또한, 승압수단의 동작이 정지하고 있는 동안에도 태양전지에서 발생하고 있는 순시 에너지는 상기 순시전력 축적수단에 끊임없이 축적되어간다.

상기한 승압수단은 일방적으로 평활 콘덴서에 에너지 주입을 행할 뿐이다. 한편, 컨버터는 이러한 승압수단의 동작과는 무관하게, 평활 콘덴서의 전압을 감시할 뿐이고, 태양전지로부터 얻어지는 에너지를 부하측에 공급하거나, 상용전원측에 반환(역조류)하거나 하는 것이 자유롭게 가능하기 때문에, 종래와 같은 축전지를 설치할 필요가 없어진다.

또한, 태양전지의 에너지를 비상용 전원으로서 이용할 수 있도록 하기 위해, 전술한 것과 같이 항상 평활 콘덴서에 태양 전지에서 발생한 에너지를 방전하는 것이 아니라, 에너지 주입에는 일정한 제한을 설정하고 있다.

즉, 상기한 승압수단으로부터 평활 콘덴서에 에너지를 주입하는지 아닌지의 조건은 태양전지의 발전상황 판단수단 및 태양전지 에너지 축적량 판단수단을 설치하여, 이것들의 수단에 따라서 결정하도록 하고 있다. 요컨대, 순시전력 축적수단에는, 비상용 전원으로서 에너지가 항상 확보되어 있는지 아닌지를 태양전지의 발전상황 판단수단 및 태양전지 에너지 축적량 판단수단에 의해 판정하고 있다. 순시전력 축적수단에는, 정전과 같은 경우에, 엘리베이터를 근처의 층으로 이동시킬 수 있는 정도의 에너지가 축적되어 있는지를 체크한다. 이 결과, 축적되지 않은 경우에는 순시전력 축적수단에 비상용 전원으로서 이용할 수 있는 만큼의 에너지가 축적될 때까지, 상기한 승압수단으로부터 평활 콘덴서에 에너지를 주입하는 동작을 정지한다.

이 동작에 의해, 항상 순시전력 축적수단에는 비상용의 에너지가 축적되어 있어, 종래 비상시의 전원용으로서 장착하고 있었던 축전지가 불필요하게 된다.

다음에, 상기한 특성을 갖는 승압수단을 제어하는데 필요한 제어수단에 관해 설명한다.

태양전지의 출력특성(전압-전류)은 시시각각으로 태양전지에 조사되는 일조량에 의해 변한다. 따라서, 우선, 상기한 승압수단은 이와 같이 태양전지의 출력이 변동하더라도 안정적으로 또한 그 시점에서의 일조량에 대응한 최고의 효율로 태양전지의 발생 에너지를 추출해서, 상기 평활 콘덴서에 태양전지 에너지를 주입할 수 있도록 하고 있다.

그 때문에, 상기한 승압수단에서는, 태양전지의 출력전류를 검출하는 전류센서, 순시전력 축적수단으로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압센서를 구비하고, 전술한 태양전지의 발전상황 판단수단, 태양전지 에너지 축적량 판단수단 및 태양전지 순시출력파워 연산수단, 전류지령 연산수단, 전류제어수단, 배전률(distribution ratio) 연산수단 등의 수단을 마이크로컴퓨터에 의한 소프트 처리에 의해 실행하고 있다.

태양전지의 발전상황 판단수단은 일사량이 시시각각으로 변동하는 태양전지에서의 발전상황을 판정하는 기능을 갖고, 소정 이상의 발전이 태양전지에서 행해지고 있다고 판단하고, 또한, 태양전지 에너지 축적량 판단수단에서의 판정에 의해 순시전력 축적수단에는 비상시의 에너지가 확보되어 있다고 판단되면, 상기의 승압수단을 통해 평활 콘덴서측에 에너지의 주입이 행해진다.

또한, 태양전지의 발전상황으로부터 발전능력이 소정 이하인 경우에는, 평활 콘덴서로의 에너지 주입을 전면적으로 정지하여 단지 상기한 순시전력 축적수단에만 에너지의 축적을 행한다. 이 결과 축적된 에너지는 태양전지의 발전능력이 없어졌을 때, 예컨대, 야간, 비 등에서의 비상전원의 에너지원으로서 이용된다.

상기한 평활 콘덴서에 태양전지의 에너지를 주입하는 조작은 다음 과정에 의해 행해진다.

우선, 상기 태양전지 순시출력파워 연산수단에 의해, 일조량에 관계없이 항상 태양전지의 에너지를 최대한으로 인출할 수 있도록 하기 위해 태양 전지로부터 추출할 수 있는 출력전류의 조건, 즉 전류지령을 결정한다. 즉, 상기 태양전지 순시출력파워 연산수단에서는, 태양전지의 출력전류와, 순시전력 축적수단으로부터 출력되는 전압으로부터 현시점의 순시전력을 구한다. 그리고, 순시전력의 시간변동 성분의 부호(극성)로부터 최대 순시전력을 발생시키기 위한 조건을 탐색하여, 그 결과를 상기한 전류지령 연산수단에 전송하고, 전류지령수단은 현시점의 최적의 전류지령을 결정한다. 전류제어수단은 태양전지의 출력전류가 전류지령에 일치하도록 작동하여 스위칭수단을 제어하기 위한 조작량을 결정한다.

배전률 연산수단에서는 조작량에 의거하여 배전률을 결정하고, 스위칭수단의 배전각을 제어하여 평활 콘덴서에 에너지를 주입해 간다.

이와 같이 하여, 항상, 최고 효율로 태양전지에서 발생한 에너지는 평활 콘덴서에 순간적으로 이동한다. 콘덴서로부터 콘덴서로의 이동에 의해 행해지고 있기 때문에, 이 에너지의 이동에는, 원리적으로 손실은 없다.

이렇게 하여, 평활 콘덴서에는 태양전지에서 발생한 에너지가 남는 일없이 축적되어 간다. 그리고, 평활 콘덴서에 축적된 에너지는 컨버터에 의해 전원측에서 회생하는지, 부하측에서 이용하는지 자유롭게 선택되기 때문에, 종래 필요했던 축전지는 생략할 수 있다.

또한, 컨버터, 인버터에 의한 구동 시스템을 기동할 때에는, 상기한 승압수단을 동작시켜 태양전지의 에너지를 이용하여 평활 콘덴서를 초기(예비) 충전하면, 컨버터·인버터 시스템에서 전원투입시에 나타날 것 같은 평활 콘덴서로의 돌입전류도 방지할 수 있다. 이 결과, 컨버터를 빠르면서도 안전하게 동작할 수 있는 상태로 할 수 있다.

도 1에 본 발명의 실시예를 나타내다. 자기 자신으로도 가감속시의 잉여 에너지를 전원 변환시킬 수 있는 컨버터를 구비하고, 해당 컨버터의 출력전압(직류전압)을 인버터에 의해 교류의 가변전압·가변주파수 변환하여 엘리베이터를 구동하는 장치에 태양전지를 구비하도록 하여 그 에너지를 구동원 및 비상용 전원으로서 이용하며, 더구나 잉여 전원을 전원측으로 회생(역조류)시키는 것이 가능한 실시예를 나타낸 것이다.

우선, 도 1에 기재된 구성 및 회로동작에 관해 설명한다.

도 1에서는, 3상의 전원과 전력의 주고받음을 행할 수 있는 경우를 나타낸 것이지만, 단상전원과 전력의 주고받음을 행하는 경우도 당연 있을 수 있다. 이 경우, 본 실시예에서 후술하는 트랜스 및 컨버터의 구성이 단상전원용으로 될 뿐이고 발명의 본질적인 것은 아무런 변함이 없기 때문에, 또한 단상전원 계통에 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없기 때문에, 이 경우의 설명은 생략하고, 본 실시예에서는, 3상 전원계통과의 전력의 주고받음을 행하는 경우만 설명한다.

건축물 옥내에 배선한 계통전원(10)으로부터, 소정의 전원이 배전반(미도시)에 도입된다. 해당 배전반에는, 계통전원으로부터의 에너지를 소비한 전력을 적산한 값(kWh)을 표시하는 소비전력미터(20)의 입력측 및 계통전원(10)측에 반환한 전력을 적산한 값(kWh)을 표시하는 구매용 전력미터(30)의 출력측이 계통전원(10)측에 접속된다.

또한, 소비 전력미터(20)의 출력측 및 구매용 전력미터(30)의 입력측은 상기 콘택터(contactor)(31, 32, 33)의 입력단자에 접속되고, 해당 콘택터(31, 32, 33)의 출력단자는 트랜스(40)의 1차측에 접속된다. 상기 콘택터 차단신호는 후술하는 컨버터 콘트롤러(150) 및 인버터 콘트롤러(160)로부터 발생될 수 있다. 해당 차단신호는 컨버터·인버터측에서의 고장, 계통전원(10)의 짧은 단락 등의 비상상태가 엘리베이터 구동 시스템 내에 발생한 경우에 상기 콘트롤러(150, 160)로부터 출력된다.

여기에서, 트랜스(40)는 소비 전력미터(20) 및 구매용 전력미터(30), 계통전원(10)과 엘리베이터 구동 시스템측을 전기적으로 절연하기 위해 설치되어 있다. 해당 트랜스(40)로서는 실드 구조의 것을 이용하여, 트랜스(40)의 2차측에 접속되는 컨버터(70)의 동작에 의해 발생한 다량의 고차 고조파 성분이 트랜스(40)의 l차측, 즉 계통전원(10)에 누설되지 않도록 하고 있다. 이와 같이 함으로써, 계통전원(10)(콘택터(31, 32, 33))과 컨버터(70)와의 절연이 도모되고, 또한 고조파 전류의 누설이 없어져 콘택터(31, 32, 33)의 오동작을 방지할 수 있다.

트랜스(40)의 2차측은 컨버터(70)에 접속된다. 해당 트랜스(40)와 해당 컨버터(70) 사이에는 역률을 1로 제어하기 위해서 교류 리액터(reactor)가 필요하게 되지만, 본 실시예에서는 생략하고 있다. 또한, 이 리액터는 트랜스(40)에 포함되도록 구성해도 좋다.

컨버터(70)는 6 아암에 파워 트랜지스터, IGBT(게이트 절연형 트랜지스터) 등의 프리휠(free wheel) 다이오드 내장의 파워 스위칭소자로 구성된다. 통상 사용되고 있는 전력 변환기이므로 그 구성의 상세한 것은 생략한다.

이 컨버터(70)는 컨버터 콘트롤러(150)로 제어된다. 이 콘트롤러는 트랜스의 2차측으로부터 전압센서(50)에 의해 검출된 전원전압 및 전류센서(61, 62, 63)에 의해 검출된 전원전류, 평활 콘덴서의 전압 검출기(81)를 사용하여 검출된 평활 콘덴서의 전압을 이용해서, 해당 전원전류 위상이 전원전압의 위상에 일치하도록 컨버터 내의 파워 스위칭소자를 제어함으로써 역률을 1로 하는 제어가 상기 콘트롤러(150)에 의해 실행된다. 이 제어에 관해서는 후술한다.

평활 콘덴서(80)는 컨버터(70)의 출력단자 및 PWM 인버터(90)의 입력단자에 접속된다. 컨버터(70)에 의해 교류전압에서 직류전압으로 변환된 전압을 해당 평활 콘덴서(80)에 의해 평활한 직류전압은 해당 PWM 인버터(90)에 의해 가변전압·가변주파수의 교류전압으로 변환한다.

이 PWM 인버터(90)는 유도 전동기(110)에 접속되어, 해당 가변전압·가변주파수의 교류전원을 해당 유도 전동기(110)에 공급하고, 해당 교류전원에 의해 해당 유도 전동기(1l0)가 가변속 구동된다.

이 유도 전동기(1l0)의 가변속 제어는 인버터 콘트롤러(160)에 의해 실행된다. 이러한 제어를 하기 위해서, 해당 인버터 콘트롤러(160)에서는, 전류센서(l01, 102, 103)에 의해 해당 유도 전동기(110)의 1차 권선에 흐르는 3상의 교류전류 및 해당 유도 전동기(110)의 로터(rotor)에 접속된 속도 검출기(l04)에 의해 해당 로터의 회전 주파수에 비례하여 발생하는 펄스를 받아들인다.

상기 인버터 콘트롤러(160)에서는, 이 받아들인 펄스를 이용하여 해당 유도 전동기(110)의 회전속도를 연산한다. 이와 같이 하여 연산된 회전속도를 이용하여 속도제어계를 구성한다. 해당 속도제어계의 속도지령은 엘리베이터로서 탑승감을 배려하여 결정된 것을 적용한다. 속도제어계로부터 토오크 지령 내지 미끄럼 주파수가 출력되고, 이 값에 의거하여 벡터 제어연산을 행한다. 벡터연산에 의해 여자(勵磁) 전류와 토오크 전류를 구하고, 해당 전류로부터 상기 해당 유도 전동기(110)의 l차 권선에 흘러야 할 l차 전류의 기준으로 되는 1차 전류지령을 발생한다.

이 1차 전류가 해당 1차 전류지령을 추종하도록 전류제어계가 구성된다. 해당 전류제어계로부터 PWM 인버터(90)에서 발생하는 전압기준이 되는 변조파를 발생하며, 해당 변조파는 반송파(삼각파)와 비교하여 PWM 신호를 얻고, 해당 PWM 신호는 PWM 인버터(90)를 구성하는 6개의 파워 스위칭소자의 게이트에 인가된다.

이 조작에 의해 엘리베이터의 속도지령을 추종해야 할 토오크가 유도 전동기(110)로부터 발생된다. 또한, 상기 제어의 방법은 후술한다.

유도 전동기(110)에서 발생한 토오크는 해당 유도 전동기(110)의 로터에 직결된 기어(미도시)를 통해 시브(sheave)(망차)(l20)에 전달되고, 해당 시브(120)에 휘감겨져 있는 로프의 양단에 설치되어 있다. 탑승 케이지(l40), 해당 탑승 케이지의 균형추가 되는 카운터웨이트(counterweight)(130)를 상하로 이동시킨다.

통상의 엘리베이터 시스템에서는, 계통전원(l0)으로부터 얻은 상용전원을 컨버터(70) 및 PWM 인버터(90)를 통해 교류의 가변주파의 교류전원으로 변환하여 필요한 전력을 얻어 유도 전동기(110)로부터 발생한 토오크에 의해 해당 탑승 케이지(140)을 상하로 이동시키고 있다.

본 실시예에서는, 상기 컨버터(70)의 출력측에 설치된 평활 콘덴서(80)에 태양전지에서 발생한 순시 에너지를 주입하도록 한 것에 특징이 있다.

이하, 상기 평활 콘덴서(80)에 태양전지에서 발생한 순시 에너지를 주입하는 구성에 관해서 설명한다.

태양전지의 모듈(170)은 옥외의 태양광을 가장 많이 쬐는 위치에 설치된다. 통상적으로, 해당 태양의 모듈(70)로부터 발생하는 30V 전후로 비교적 저압이다. 이 값은 단위 셀을 대부분 조합시켜서 모듈을 구성하면 더 전압을 높게 할 수 있다. 이 경우 태양 전지의 크기는 커지지만, 이후 태양 전지의 특성이 개선되어 단위 셀의 전압이 증가하는 것도 예상되지만, 기껏해야 이 수배의 전압이다.

따라서, 어느 쪽으로 해도 태양전지의 모듈(l70)로부터 발생하는 출력전압은 3상의 상용전원의 경우 컨버터(70) 내의 파워 스위칭소자와 역병렬되어 있는 프리휠 다이오드로 구성되는 정류회로에서, 예컨대, 200V의 해당 3상 교류전압을 정류하여 얻어지는 직류전압(평활 콘덴서(80)의 단자전압에는 300V 전후의 직류전압이 발생)과 비교하면 약 1/10 정도 작다. 컨버터(70)로서의 동작은 상기의 정류전압 이상으로 되어 처음으로 가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 해당 평활 콘덴서의 단자전압과 태양전지 모듈(170)로부터 얻어지는 출력전압과 수배 이상의 차가 있어, 태양전지 모듈(170)에서 발생한 순시 에너지가 항상 해당 평활 콘덴서측에 흐르도록 하기 위해서는, 태양전지 모듈(170)의 출력전압을 상기의 정류전압 이상으로 될 때까지 증폭할 필요가 있다. 이 때문에 태양전지 모듈(170)의 출력측에 승압수단(400)을 구비한다.

그리고, 태양전지 모듈(170)에서 발생한 순시 에너지가 평활 콘덴서(80)에 일단 주입되면, 해당 평활 콘덴서(80)측에서 태양전지 모듈(170)측으로 역류하지 않도록, 승압수단(400)과 평활 콘덴서(80) 사이에 절연수단(200)을 설치한다.

해당 평활 콘덴서(80)의 전압은 계통전원(10)의 변동이나 엘리베이터의 가감속운전시의 평활 콘덴서(80)와의 에너지 주고받음에 의해 끊임없이 변동하고 있고, 이 변동에 의해 평활 콘덴서(80)의 전압이 과도적으로 승압수단(400)의 출력전압을 상회한 경우에는 주입되었어야 할 태양 전지모듈(170)에서 발생한 순시 에너지가 평활 콘덴서(80)측에서 승압수단(400)측으로 역류해 갈 우려가 나타나게 된다. 상기 절연수단(200)은 이러한 상태가 발생하는 것을 저지하여, 항상, 태양전지의 에너지를 유효하게 활용할 수 있도록 하기 위해 필요한 수단이다.

이 절연수단(200)을 설치하는 것에 따라, 승압수단(400)는 일방적으로 태양전지 모듈(170)에서 발생한 순시 에너지를 평활 콘덴서(80)에 주입하는 것을 계속할 수 있다.

가장 간단한 절연수단으로서는, 다이오드가 있고, 여기에서는 다이오드(2111)에서 절연하는 경우를 나타내고 있다. 물론, 이밖에 절연 앰프 등을 사용하여 절연해도 좋다.

이상에서 서술한 태양전지계의 구성에 의해, 태양전지 모듈(170)에서 얻어진 에너지는 항상 평활 콘덴서에 축적되게 된다. 이 에너지의 이용은 컨버터(70)에 의해 결정된다. 즉, 평활 콘덴서의 전압이 계통전원(10)의 전압을 정류하여 얻어지는 전압보다도 높은 소정의 전압 값의 범위 내에 있을 때까지는, 태양광으로부터 얻어진 에너지는 부하측에 공급되어, 전동기 구동용 전원으로서 이용된다.

이 소정의 전압값 이상에 도달하면, 컨버터(70)는 해당 소정의 전압값에 평활 콘덴서 전압이 들어 갈 때까지, 평활 콘덴서에 축적된 에너지를 계통전원(10)으로 역조류시킨다. 역조류된 전력은 구매용 전력미터(30)에서 적산되어, 전력공급 사업자에게 구매된다.

따라서, 사용자측은 전력미터(20)와 해당 구매용 전력미터(30)와의 차액분을 상기 전력공급 사업자에게 지불하게 된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 것과 같이, 본원의 구성에 의해 태양광으로부터 얻어진 에너지는 계통전원(10)측으로 역조류되거나, 부하측에 공급되어 동력원으로서 이용되는 어느 한가지 형태로 이용되기 때문에, 종래와 같은 태양전지에서 발생한 에너지를 일단 축적하는 축전지가 필요없게 된다.

태양전지 모듈(170)의 출력측에는, 현재 발생하고 있는 순시전력을 축적하는 순시전력 축적수단이 부가된다.

여기에서는, 해당 순시전력 축적수단으로서 저압·대용량 전력용 콘덴서(180)를 이용한다.

태양전지에서 발생하고 있는 순시전력을 축적하기 위해서는, 해당 콘덴서(100)는 수 F 이상의 대용량으로 수십 A 이상의 전류를 흘릴 수 있는 대용량 전력용 콘덴서가 필요하다. 이것은 일조량에 의해서 시시각각 변동하고 있는 순시전력을 남기는 일없이 축적할 수 있도록 하기 위해서이다. 일반적으로, 이 종류의 대용량 전력용 콘덴서는 고내압화가 어려운 저압이다. 예컨대, 이러한 콘덴서로서 전기 2중층형의 콘덴서가 있다.

한편, 태양전지 모듈의 전압은 비교적 저압이기 때문에, 해당 태양전지 모듈과 대용량 전력용 콘덴서와의 접속성은 좋다. 해당 대용량 전력용 콘덴서(180)의 출력전압은 해당 승압수단(400)에 입력된다.

다음에, 상기의 승압수단(400)의 구성에 관해 설명한다.

해당 대용량 전력용 콘덴서(180)의 출력단자는 전류센서(180)의 한쪽의 단자에, 해당 전류센서(180)의 다른 쪽의 단자는 리액터(190)에 접속된다. 해당 리액터(190)의 다른 한쪽의 단자는 스위칭수단(300)의 단자에 접속된다. 해당 스위칭수단(300)은 통상 10kHz 이상의 스위칭동작이 가능하도록, IGBT(게이트 절연형 트랜지스터), 파워 MOSFET 등의 고속의 파워 스위칭소자가 사용된다.

상기 스위칭수단(300)의 리액터(190)에 접속된 단자는 다이오드(210)의 애노드측에, 해당 애노드 단자는 평활 콘덴서(310)에 단자가 접속된다. 해당 평활 콘덴서(310)의 다른 쪽의 단자는 각각 해당 스위칭수단(300)의 다른 단자 및 대용량 전력용 콘덴서(180)의 다른 단자에 접속된다.

상기와 같이 구성된 승압수단(400)은 이하의 제어수단에 의해 제어되고, 이것은 마이컴에서 실행된다.

태양전지의 발전상황 판단수단(401), 태양전지 에너지 축적량 판단수단(402), 태양전지 순시출력파워 연산수단(410), 전류지령 연산수단(420), 전류제어수단(440), 배전률 연산수단(450)을 구비한다.

우선, 태양전지의 발전상황 판단수단(401)은 태양전지 모듈(170)의 출력전류를 전류센서(300)에 의해 검출하고, 해당 검출전류가 소정의 값이하의 경우는 스위칭 정지신호를 배전률 연산수단(450)에 송신하여, 배전각을 좁혀서 스위칭수단(300)의 동작을 정지한다.

이러한 상태에서는 태양전지 모듈(170)의 발전능력이 없어, 승압동작에 의해 평활 콘덴서(80)에 에너지를 주입할 수 없다고 판단했기 때문이다. 이 경우에도 완전히 발전하고 있지 않은 것은 아니다.

따라서, 남기는 일없이 태양전지에서 발생한 에너지를 이용할 수 있도록 하기 위해서, 태양전지가 발전하고 있는 한, 그 발생 에너지는 대용량 전력용 콘덴서(180)에 축적하는 것을 계속한다. 이와 같이 함으로써 남기는 일없이 태양전지에서 발생한 에너지를 축적할 수 있다.

이와 같이 축적된 에너지는 비상용 전원으로서 이용할 수 있다. 일사량은 아침부터 정오가 됨에 따라서 증대하고, 저녁이 되면 감소하는 특성이 된다. 이 결과, 하루 중에는, 발전능력이 낮은 상태가 반드시 존재하여, 대용량 전력용 콘덴서(180)에는 비상용 전원으로서의 에너지를 축적하는 처리가 항상 실행된 후에, 평활 콘덴서(81)로의 에너지의 주입동작이 행해지게 된다. 즉, 비상전원으로서의 에너지는 항상 확보된다.

따라서, 본 방식에는 비상용 전원으로서의 에너지가 대용량 전력용 콘덴서(180)에 확보되고 나서, 평활 콘덴서(81)에 에너지의 주입이 행해지기 때문에, 계통전원(10)이 정전한 경우라도 대용량 전력용 콘덴서(180)에 축적된 에너지를 이용할 수 있다고 하는 특색이 있다. 또한, 태양전지의 발전상황 판단수단(401)에 의한 판정결과는 발전상황 판단신호로서 컨버터 콘트롤러(150)에 송신된다. 해당 발전상황 판단신호에 의해 평활 콘덴서(80)의 전압의 크기를 결정하는 전압지령의 값이 조정된다. 즉, 태양전지로부터의 에너지가 주입되지 않은 경우, 해당 전압지령을 증가시켜 계통전원(10)으로부터 에너지를 보충하도록 하고, 반대로 태양전지로부터의 에너지가 주입되어 오는 경우는 해당 전압지령을 낮게 하여, 역조류가 발생하기 쉽다.

태양전지 에너지 축적량 판단수단(402)은 전류센서(300)로부터 검출된 전류 Is와 전압센서(301)에서 검출된 전압 Es와의 곱(Is·Es)으로부터 태양전지에서 현시점에서 발생하고 있는 태양전지의 순시 에너지 Ps를 구한다. 더구나, 대용량 전력용 콘덴서(180)에 현시점에서 축적되어 있는 에너지 P(=CE_s ²/2, C; 용량 [F])도 구한다. 이것은 비상전원용으로서 최저한의 에너지가 확보되어 있는가를 판정하기 위해서이다. 요컨대, 대용량 전력용 콘덴서(180)에 최소한의 에너지가 확보되어 있지 않다고 판단되면, 스위칭 정지신호를 배전률 연산수단(450)에 송신하여 상기의 승압수단(400)의 동작을 정지하고, 컨버터(70)의 출력에 설치되어 있는 평활 콘덴서(180)로의 태양전지의 에너지의 주입동작을 정지한다.

이러한 조작에 의해서, 태양전지에서 발생하고 있는 에너지는 모두 해당 대용량 전력용 콘덴서(180)에 축적되기 때문에, 비상전원으로서 이용하기 위한 최저한의 에너지가 확보된다. 여기에서, 최저한의 에너지란 엘리베이터를 근처의 층까지 이동할 수 있는 에너지를 말한다.

상기 태양전지 에너지 축적량 판단수단(402)은 상기의 스위칭 정지신호 이외에, 축적되어 있는 에너지량의 정보를 알리기 위해서, 축적량 검출신호를 컨버터 콘트롤러(150)에 송신하고 있다.

이것에 의해서 해당 컨버터 콘트롤러(150)는 항상 비상전원으로서 이용할 수 있는 에너지량을 파악할 수 있게 된다.

다음에, 태양전지 순시출력파워 Ps 연산수단(410)의 동작에 관해 설명한다. 이것은 일조량에 관계없이 태양전지의 에너지를 항상 최고효율로, 태양전지 모듈(170)로부터 추출하여 평활 콘덴서(80)에 에너지를 주입할 수 있도록 하기 위한 수단이다.

전술한 바와 같이, 태양전지 모듈(170)로부터 흐르는 전류를 전류센서(300)에서 검출하고, 대용량 전력용 콘덴서(180)의 단자전압을 전압센서(301)에서 검출하며, 이것들의 센서에서 검출된 전류 Is 및 전압 Es와의 곱: Is×Es으로부터 현재 태양전지에서 발생하고 있는 순시출력파워 Ps를 태양전지 순시출력파워 Ps 연산수단(410)에서 구한다.

해당 수단에서는, 해당 순시출력파워 Ps 및 해당 Ps의 미분 dPs/dt를 구하고, 그 부호(dPs/dt??0, dPs/dt〉0)도 전류지령 연산수단(420)에 입력한다.

이 부호로부터 해당 순시출력파워 Ps의 최대값이 결정된다.

전류지령 연산수단(420)에서는, 태양전지 순시출력파워 Ps 연산수단(410)으로부터의 정보에 근거하여 최고의 효율로 에너지를 추출할 수 있는 전류지령값을 구한다. 이때, 해당 전류지령값은 태양전지 모듈(170)의 부하전류가 되는 지령값이다.

상기한 미분의 부호가 양(+)인 경우는, 전류지령의 크기 I1은 순시출력파워 Ps에 비례시켜(∝ Ps) 증가시킨다. 반대로 음 또는 제로인 경우는 증가하는 것을 정지한다.

I1 = k × Ps 단, k : 비례상수

IR = I1 / (l + T1 × s)

즉, 전류지령 연산수단(420)에서는, 수학식 1에 따라서 전류의 크기를 순시출력파워 Ps의 크기에 따라서 증가시키고, 시정수 Tl은 적용하는 태양전지의 출력응답 시정수에 대응하여 결정되는 값이다. 요컨대, 해당 정수 T1은 태양광을 입사하였을 때의 출력파워의 응답특성으로부터 결정된다.

이것은 해당 응답특성을 추종하도록 전류지령을 발생하지 않으면 안정하여 태양전지 모듈(170)로부터 발생하는 순시출력파워를 추출할 수 없게 되기 때문이다. 이 때문에, 해당 시정수 Tl은 순시출력파워의 응답보다 늦어질 것 같은 값(통상 해당 순시출력파워의 응답 시정수보다 3∼5배 큰 값)으로 선정된다.

상기 수학식 1 및 수학식 2의 연산처리는 전술한 것과 같이 순시출력파워를 항상 최대로 인출할 수 있도록, 순시출력파워 Ps의 시간적 변동으로부터 해당 Ps의 최대 값을 탐색하면서 전류지령의 값을 결정해 간다. 그것의 상세한 내용은 후술한다.

상기 전류지령 연산수단(420)으로부터 얻어진 전류지령를 전류센서(180)로부터 검출된 대용량 전력 콘덴서(180)의 출력전류가 추종하도록 전류제어수단(440)이 작동한다. 해당 전류제어수단(440)은 PI(비례 + 적분) 보상기로 구성된다. 해당 보상기로부터 출력된 신호는 배전률 연산수단(450)에 도입된다.

해당 배전률 연산수단(450)에서는, 상기 전류제어수단(440)으로부터 출력된 신호의 크기에 비례한 배전률(펄스 폭)을 가진 펄스신호(PWM 신호)를 발생하여, 스위칭수단(300)에 인가된다. 스위칭 수단(300)이 온된 경우, 대용량 전력 콘덴서(180)에 축적된 에너지는 리액터(190), 스위칭수단(300), 대용량 전력 콘덴서(180)의 루프 내에 전류가 흘러, 리액터(190)에 에너지를 축적한다.

스위칭수단(300)이 오프하면, 리액터(190)에 축적된 에너지는, 대용량 전력 콘덴서(180), 리액터(190), 다이오드(210), 평활 콘덴서(310), 대용량 전력 콘덴서(l80)의 루프를 통해 전류가 흘러, 평활 콘덴서(310)에 축적된다.

이와 같이 스위칭수단(300)에 의해, 온, 오프동작이 반복해서 행해지는 것에 의해, 태양전지 모듈에 축적된 에너지는 평활 콘덴서(310)에 축적되어 가기 때문에, 해당 평활 콘덴서(310)의 단자전압은 상승해 간다. 이 결과, 해당 평활 콘덴서(310)의 단자전압이 평활 콘덴서(80)의 단자전압보다도 증가한 경우, 태양전지의 에너지는 평활콘덴서(80)에 주입된다. 이 주입동작에 의해서, 컨버터(70), PWM 인버터(90)측에 태양전지의 에너지가 이동하게 된다.

이러한 주입조작이 반복되는 것에 따라, 평활 콘덴서(80)의 전압이 상승해 간다.

이러한 에너지 주입에도 불구하고, 해당 평활 콘덴서(80)의 전압이, 상용전원을 다이오드 정류하여 얻어진 값으로부터 소정의 값(통상, 이 값은 PWM 인버터(90)를 구성하는 스위칭 소자의 내압으로부터 결정되는 값을 근거로 결정된다)의 범위에 들어가 있는 경우는, 부하측에서 주입된 에너지가 유효하게 이용되고 있는 경우이다.

요컨대, 이 경우 평활 콘덴서(80)에 주입된 에너지는, PWM 인버터(90)에서 가변주파수·가변전압의 교류전원으로 변환되고, 전동기(110)에 전력을 공급하여 구동력을 발생해서 탑승 케이지를 상하로 이동시키는 에너지로서 이용되고 있다.

한편, 상기 평활 콘덴서의 전압이 소정의 전압 값 이상으로 되면, 부하측에서는, 주입동작에 대응하는 만큼의 에너지를 필요로 하지 않게 된다. 이 경우, 컨버터(70)는 잉여 에너지로서 전원계통(10)으로 반환한다. 이때의 반환한 에너지는 구매용 전력미터(30)에서 적산되게 된다.

당연한 일이지만, 이 반환되는 에너지에는, 탑승 케이지(140)의 상하운동에 의해 전동기(110)로부터 회생되어 평활 콘덴서(80)에 회생시키는, 해당 평활 콘덴서(80)의 전압이 상기 소정의 값보다 상승한 만큼도 포함된다.

요컨대, 이 반환되는 에너지는 이 회생 에너지와 태양전지로부터 주입된 에너지가 함께 구성되어 전원계통(10)으로 반환되게 된다.

도 2는 이상과 같이 태양전지로부터 에너지 주입동작과 부하측의 인버터에 의한 전동기 구동에 의한 평활 콘덴서의 전압변동을 관리하는 방법에 관해 총괄한 것이다.

우선, 컨버터·인버터 시스템의 기동에 관해 설명한다.

컨버터 기동전에는, 콘택터(3l, 32, 33)는 오프의 상태에 있다. 컨버터가 기동되면, 콘택터(3l, 32, 33)를 온으로 하지 않고, 우선, 처리 500에서 PWM 인버터의 입력전압(평활 콘덴서(80))의 전압이 상용전원을 전파(全波) 정류한 값(소정의 값)보다 큰지 아닌지를 체크한다.

이 결과, 상기한 소정의 값이 확보되어 있는 경우에는 상기한 콘택터(31, 32, 33)를 온하여 상용전원측과 접속한다. 이 경우, 이미 평활 콘덴서(30)에는 상용전원을 전파 정류한 값이 축적되어 있기 때문에 해당 평활 콘덴서(30)에의 상용전원으로부터의 돌입하는 전류는 컨버터 내의 다이오드를 손상하는 일은 없다.

한편, 평활 콘덴서의 전압이 상기 소정의 값 이하인 경우, 태양전지에서 발생한 에너지를 이용하여 충전한다. 이 처리를 하기 위해서, 우선, 처리 510에서 태양전지의 발전상황을 판단한다.

태양전지가 발전하고 있지 않다고 판단되면, 이 경우 상용전원으로부터 에너지를 받아 평활 콘덴서(80)의 충전이 처리 531, 520을 통해서 실행된다.

태양전지가 발전하고 있다고 판단되면, 대용량 전력 콘덴서(180)에 평활 콘덴서(80)를 소정의 값까지 충전할 수 있는 만큼의 에너지가 축적되어 있는지 어떤지를 체크한다.

에너지가 대용량 전력 콘덴서(180)에 확보되어 있는 경우에는, 처리 542, 570이 실행된다. 이 경우, 평활 콘덴서(80)의 전압이 상기한 규정된 값으로 될 때까지 승압수단(400)으로 동작시켜서 태양전지의 에너지를 해당 평활 콘덴서(80)에 주입한다.

에너지가 대용량 전력 콘덴서(180)에 확보되어 있지 않은 경우에는, 전술한 처리 531, 520을 실행하여 상용전원으로부터 평활 콘덴서(80)의 충전을 행한다. 이러한 상태는 예컨대, 조석의 일사량이 적은 경우로 아직 대용량 전력 콘덴서(180)에 충분히 에너지가 축적되어 있지 않은 경우에 엘리베이터를 기동하는 것과 같은 경우에 출현한다.

이상으로부터 알 수 있는 것과 같이, 태양전지가 발전상태에 있고, 대용량 전력 콘덴서(180)에 충분히 에너지가 축적되어 있는 경우에는, 태양전지의 에너지를 평활 콘덴서(80)에 주입한 후에 콘택터(31, 32, 33)를 온하여, 상용전원과 컨버터(70)에 접속한다.

한편, 태양전지가 발전하지 않은 경우 및 발전하고 있더라도 대용량 전력 콘덴서(180)에 평활 콘덴서의 전압을 전파 정류한 전압값까지 상승시키는 정도의 충분한 에너지가 축적되어 있지 않을 때에는 상용전원으로부터 에너지를 받아 충전하여 컨버터(70)가 동작할 수 있도록 한다.

이상의 평활 콘덴서(80)의 충전처리가 종료하면, 컨버터(70)의 제어가 행해진다. 이 제어에 관해서는, 여기에서는 개요만 설명하고, 상세한 것은 후술한다.

처리 533에서는, 컨버터(70)의 컨버터 콘트롤러(150)에 의해 전압센서(50)로부터 얻어진 전압 및 평활 콘덴서(80)의 전압의 크기에 의거하여 계통전원에 이상이 없는지를 판단하고 있다. 즉, 전압센서(50)로부터 검출되는 3상의 교류전압값이 0 내지는 이상하게 저하된 경우, 또는 평활 콘덴서의 전압이 소정의 값보다 저하된 경우에 계통전원(10)에 이상이 발생했다고 판단하여, 처리 532, 535가 실행된다.

이 경우, 컨버터의 게이트 신호를 차단하여, 컨버터 동작을 정지하고, 콘택터(31, 32 ,33)를 오프하여, 컨버터를 계통전원(10)과 분리한다. 그후, 태양전지계에 스위칭 동작신호를 전송하여, 승압수단(400)을 동작시킨다.

이러한 상태는 비상상태라고 생각하여, 태양전지의 발전상태 여하에 관계없이, 비상전원용의 에너지로서 대용량 전력 콘덴서(180)에 확보되어 있는 에너지를 이용하여 엘리베이터를 근처의 층까지 이동시키고, 탑승 케이지를 록(lock)하여 고정한 후, 인버터의 게이트 신호를 차단한다. 처리 533에 의해서, 계통전원(10)측에 이상이 없는 경우, 처리 550, 560, 590이 실행된다. 요컨대, 처리 550에서는, 컨버터 콘트롤러(150)에서 지정되어 있는 전압지령으로 평활 콘덴서의 전압이 되도록 제어된다.

또한, 이 경우의 태양전지측으로부터 에너지의 주입동작은 위에서 서술한 조건(상세한 것은 후술한다)을 만족하고 있는 한, 컨버터 제어에 무관하게 행해지고 있다.

처리 560에서는, 상기한 전압지령보다도 낮은 한, 평활 콘덴서에의 에너지 축적은 상용전원 및 태양전지의 쌍방에서 행해지고, 그 결과 평활 콘덴서에 축적된 에너지는 PWM 인버터(90)를 통해 전동기(110)를 구동하는 파워로서 이용된다.

전동기(110)로부터의 가감속 운전에 의해, 회생 에너지가 발생하여 평활 콘덴서의 전압이 상기의 전압지령보다도 높아지면, 계통전원(10)측에 잉여전력의 반환이 행해진다.

끊임없이 태양전지측에서 에너지의 주입이 행해지더라도, 이러한 부하측의 전력의 공급 및 계통전원측에의 전력반환의 쌍방이 컨버터 제어동작에 의해 행해지기 때문에, 부하측의 요구에 맞춘 소망하는 에너지를 공급할 수 있고, 에너지가 남으면 자동적으로 계통전원측에 반환할 수 있기 때문에, 종래와 같이 에너지를 축적하는 축전지는 필요없게 된다.

다음에, 태양전지계의 제어에 관해서 서술한다.

도 3은 현재 태양전지 모듈(170)에서 발생하고 있는 순시출력파워 Ps의 최대값을 일조량에 따라서 탐색하는 방법을 나타낸 것이다. 순시출력파워 Ps의 시간적 변동분 dPs/dt를 근거로 태양전지 모듈(170)로부터 추출할 수 있는 출력전류, 출력전압을 판단하고, 일조량이 변화하더라도, 그 시점에서 항상 최대 값 P1max, P2max…가 되도록 전류지령 연산수단(420)에서 전류지령값을 정해 간다.

이상의 수법에 의해 정해진 전류지령은 일조량이 변화하더라도 태양전지 모듈(170)로부터 최대 출력파워가 얻어지도록 결정된다.

이상은 태양전지 모듈(170)로부터 최대 출력파워를 얻는 방법으로서 순시출력파워 Ps의 시간적 변동분 dPs/dt에 착안한 방법을 서술한 것이다.

도 3으로부터 알 수 있는 것과 같이, 최대 출력파워를 추출할 수 있는 출력전압은 태양전지의 고유의 특성으로서 거의 일정하다. 이것에 착안하여, 상기의 전류지령 대신에 해당 출력전압을 지령으로 하여 전압제어계를 구성하고, 해당 전압지령을 대용량 전력 콘덴서(180)의 출력전압이 추종하록 승압수단(400) 내의 스위칭수단(300)의 배전률을 제어하도록 해도 좋다.

도 4는 태양전지계의 처리를 나타낸 것이다.

우선, 처리 460은 태양전지 모듈의 발전상태를 판단하는 처리이다.

이것은 전술한 도 1의 수단 401,402에 의해 행해진다. 태양전지 모듈(170)의 발전상태는 일조량에 따라 변동하기 때문에, 그 출력전류가 Imin 이하로 되어 있는지 아닌지 또는 출력전력이 소정의 값(Pmin) 이하로 되어 있는지 아닌지를, 태양 전지의 발전상황 판단수단(401) 및 태양전지 에너지 축적량 판단수단(402)에 의해 판정한다.

판정의 결과, 상기한 어느 것이 발생한 경우에, 처리 461이 실행된다. 이 처리에서는, 콘트롤러(150)로부터 스위칭 동작신호가 송신되어 있지 않은가를 체크해서 계통전원(10)측에 이상이 없는지 아닌지를 판단한다.

판정의 결과, 정전 등의 계통전원측에 이상이 발생한 경우는, 처리 463 및 464가 실행된다. 우선, 이 경우 상기한 스위칭 동작신호를 승압수단(400) 내의 배전률 연산수단(450)에 송신하여, 처리 463이 행해진다. 즉, 승압수단(400)이 기동되고, 배전률 연산수단(450)에 의거하여 스위칭수단(300)이 온오프 동작해서, 대용량 전력용 콘덴서(180)에 비상전원용으로서 축적되어 있는 에너지를 평활콘덴서(80)에 주입한다.

또한, 이 조작에 의해 주입된 에너지는 전술한 비상시의 엘리베이터 운전용으로서 이용된다.

처리 46l에 의해 계통전원측에 이상이 없다고 판정된 경우, 처리 462가 실행된다. 이 경우, 태양전지로서 그다지 발전하고 있지 않은 상태에 있다고 판단하여, 승압수단(400)의 동작을 정지하고, 태양전지의 발전 에너지를 대용량 전력 콘덴서(180)에 축적하여 비상용 전원으로서의 에너지를 확보하는 동작을 행한다.

이상은 처리 460에 의해 태양전지에서 발전되는 에너지가 소정값 이하에 있다고 판단된 경우의 처리이다.

다음에, 처리 460에 의해 태양전지로부터 소정값 이상의 에너지가 발전되어 있다고 판단된 경우, 처리 464가 실행되어, 승압수단(404)에 의해 태양전지 모듈(170)에서 발생한 에너지를 평활 콘덴서(80)에 주입한다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 것과 같이, 태양전지에서 발생한 에너지는 남기는 일없이 이용된다.

태양전지의 에너지는 첫번째로 비상용 전원으로서, 두번째로 부하에 공급하는 에너지로서 이용되고, 제 l, 제 2의 에너지 이외에 에너지에 잉여분이 있는 경우에는 제 3의 이용으로서 계통전원(10)측에 반환된다. 이 때문에, 태양전지는 이용효율을 항상 최대로 하여 이용할 수 있는 동시에 종래와 같은 축전지도 불필요하게 된다고 하는 효과가 나타난다.

도 5는 이상에서 설명한 컨버터 제어계의 일 실시예를 나타낸 블록도이다. 그 주요 부분을 이하 설명한다.

컨버터의 기준전압 Ed*이 설정된다. 이 전압은 상용전원을 전파 정류하여 얻어지는 값보다도 큰 값으로, 인버터측에서 사용하는 파워소자의 내압으로부터 결정된다. 해당 기준전압 Ed*과 전압센서(181)으로부터 검출된 평활 콘덴서(80)의 전압 Ed와의 편차가 감산기(157)에 의해 생성되고, 해당 편차는 전압제어수단(151)에 입력된다.

이 전압제어수단(151)으로부터는, 평활 콘덴서(80)의 전압 Ed가 기준전압 Ed*에 일치하도록 전원전류의 크기 I*가 결정된다. 해당 전원전류의 크기 I*는 3상 교류전류지령 발생수단(152)에 입력된다. 해당 3상 교류전류지령 발생수단(152)은 전압센서(50)로부터 검출된 전원전압으로부터 그 위상을 구하여, 해당 위상과 상기의 전원전류의 크기 I*와 3상 교류전류지령 iu*, iv*, iw*(도면에서는 U상의 지령만 나타낸다)를 발생한다.

해당 3상의 교류전류지령에 전류센서(6l, 62, 63)로부터 검출된 3상 교류전류(전원전류)가 일치하도록 편차가 감산기(158)에서 생성되어, 3상 전원전류 제어수단(153)에서 3상 변조파 Eu*, Ev*, Ew*를 발생한다. 해당 3상 변조파는 반송파 발생수단(155)으로부터 발생한 반송파(삼각파)와 3상 변조파와 반송파와의 비교수단(156)에서 비교되어, 3상 PWM 신호를 발생한다.

해당 3상 PWM 신호는 컨버터(70)의 파워소자에 인가해야 할 게이트 신호를 컨버터(70)의 게이트 신호 형성수단(157)에 의해 생성하여, 컨버터(70)의 파워소자의 게이트에 인가된다.

이상의 컨버터 제어에 의해, 평활 콘덴서(80)의 전압은 그 기준전압 Ed*으로 유지된다. 요컨대, 평활 콘덴서(80)의 전압이 해당 기준전압 Ed* 이하인 경우에는, 전압제어수단(151)은 태양전지로부터 주입되는 에너지를 부가하면서 상용전원으로부터 에너지 공급을 받아서, 부하측에서 소비되는 에너지를 보충하여 평활 콘덴서(80)의 전압을 증가시켜 해당 기준전압 Ed*에 맞도록 작동한다.

한편, 평활 콘덴서(80)의 전압이 해당 기준전압 Ed* 이상으로 되면, 전압제어수단(151)은 태양전지의 에너지 및 부하측으로부터 회생되는 에너지와의 토탈 에너지를 계통전원(10)에 잉여 에너지로서 반환하여 평활 콘덴서(80)의 전압을 감소시켜 해당 기준전압 Ed*에 합치도록 작동한다. 어느 쪽의 동작에 대해도 전원전류는 3상 교류전류지령 발생수단(152)에 의해 전원전압의 위상에 일치한 전원전류가 흐른다. 요컨대, 역률 l의 상태에서 계통전원과 전력의 주고받음이 행해진다. 이 이외에, 전원이상 검출수단(154)을 구비하여, 계통전원(10)에 이상이 있는 경우에 대응할 수 있도록 하고 있다. 전원이상 검출수단은 평활 콘덴서 전압에 이상 저하(결상이 생긴 경우 등에서 발생)가 있다는 것을 조사하고, 게다가 전압센서(50)로부터 검출된 3상 교류전원전압의 크기로부터 순시정지 등의 전원이상을 검출한다.

이 전원이상 검출수단(154)에 의해 계통전원(10)에서 이상이 있다고 판정되면, 컨버터·인버터 보호를 위해, 우선, 컨버터 게이트신호 차단신호를 컨버터(70)에 전송하여, 컨버터 동작을 정지하고, 전원측 콘택터(31, 32, 33)를 오프하여 계통전원(10)으로부터 컨버터(70)를 분리한다. 이후에, 전원이상 검출신호를 인버터 콘트롤러(150)에도 전송하고, 이 신호를, 인버터측에서는 평활 콘덴서(80)에 축적된 에너지를 이용하여 엘리베이터를 근처의 층으로 이동시키기 위한 트리거 신호로서 이용한다.

더구나, 전원이상 검출수단(154)에 의해 계통전원(10)측에서 이상이 있다고 판정되면, 스위칭 동작신호를 승압수단(400)에 송신하고, 해당 승압수단(400) 내의 스위칭수단(300)을 동작시켜 평활 콘덴서(80)에 태양전지의 에너지를 주입하는 동작을 개시하게 한다.

이 조작은 야간 등의 태양 전지가 발전하고 있지 않은 경우에 효과적이다. 태양전지가 통상 그대로 발전하고 있는 경우는, 소정의 도리로 평활 콘덴서(80)에 태양전지의 에너지를 주입하는 동작이 행해지고 있기 때문에 아무런 문제가 없다.

따라서, 상기한 스위칭 동작신호는 야간 등의 태양전지가 발전하고 있지 않은 경우에 비상전원용으로서 대용량 전력용 콘덴서(180)에 축적되어 있는 에너지를 평활 콘덴서에 주입시키는 것에 의의가 있다.

도 6에 PWM 인버터측에서의 전동기(110)를 구동하는 제어 블록도를 나타낸 것이다.

우선, 통상의 동작으로부터 설명한다. 가속도 지령패턴 발생수단(160b)으로부터 가속도 지령 α*이 발생한다. 속도지령 발생수단(160c)에서는, 이 가속도 지령α*을 적분하여, 속도지령 ωR을 형성한다. 해당 속도지령의 ωR은 속도 검출기(111)로부터 검출된 전동기의 회전속도 ωM이 상기 속도지령의 ωR에 일치하도록, 양자의 편차를 감산기(161a)가 구하고, 해당 편차를 영으로 하도록 속도제어수단(160e)이 작동하여 토오크 지령 τR을 결정한다.

이 토오크 지령 τR에 전동기(110)에서 발생하는 토오크가 일치하도록, 양자의 편차를 가감산기(161b)에서 구하고, 해당 편차를 영으로 하기 위한 토오크 지령의 조작량 τ*이 토오크 제어수단(160f)에서 요구된다. 여기에서, 현재 전동기(110)에서 발생하고 있는 토오크 τ는 다음 식으로부터 토오크 연산수단(l60g)에 의해 연산된다.

τ = 3·p·(M/Lr)·It·Ф2

단, p : 극대수

M : 여자 인덕턴스

Lr = M+12, 12 : 2차 누설 인덕턴스

여기에서, 토오크 전류 It는 전류센서(10l, l02, l03)로부터 검출된 교류의 3상 1차 전류로부터 여자전류/토오크 전류 검출수단(160)으로부터 인버터 각주파수의 ω1으로 회전하는 γ-δ축 상에서 좌표 변환하여 얻어진 값이다. 또한, 2차 자속 Ф2는 상기 여자전류/토오크 전류 검출수단(160)으로부터 얻어진 여자전류 Im을 이용하여 2차 자속연산수단(160j)에 의해 다음 식으로부터 구한다.

Ф2 = M·Im/(1 + T2·s)

T2 = Lr/R2 : 2차 시정수

다음에, 토오크전류 지령 ItR은 상기의 토오크전류 지령연산수단(160h)에 의해, 다음 식으로부터 구한다.

ItR= k·τ*/Ф2

단, k = Lr/(3·p·M)

여자전류지령 ImR은 상기의 토오크 지령의 조작량 τ*에 대하여, 전동기의 효율이 최고가 되도록 토오크 전류지령과 여자전류 지령과의 비율 결정수단(160i)에서 결정되는 비 β에 의거하여 결정된다. 그 결정방법은 일본국 특원평 8-409l6호에 기재된 방법을 이용해서 구하면 된다. 그것의 상세한 내용은 생략한다.

이상의 조작에 의해 결정된 토오크 전류지령 ItR 및 여자전류 지령 ImR에 여자전류/토오크 전류검출수단(160)으로부터 얻어진 토오크 전류 It 및 여자전류 Im이 일치하도록, 각각 전류편차가 감산기(16lc, 161d)에서 요구되고, 해당 편차가 0이 되도록 토오크 전류제어수단(160m), 여자전류 제어수단(160l)으로 각 전류지령에 대응한 조작량 Im*, It*가 결정된다.

이 전류지령의 조작량 Im*, It*는 인버터 각주파수의 ω1을 사용하여, γ-δ축 상에서의 1차측 전압지령 Vγ*, Vδ*을 비간섭수단(160o)으로부터 구한다. 이 연산의 방법은 전술한 일본국 특원평 8-40916호에 개시되어 있는 방법을 이용하여 구한다.

여기에서, 인버터 각주파수의 ωl은 미끄럼 주파수 연산수단(l60n)에 의해, 미끄럼 각주파수의 ωs를 수학식 6으로부터 구한 후, 다음 식의 가산연산을 가산기(161e)에서 행하여 구한다.

ωs = (M/T2)·ItR/Ф2

ω1 = ωs + ωM

PWM 신호발생수단(160p)에서는, 상기의 전압지령 Vγ*, V∂*에서 3상의 1차 전압지령 Vu*, Vv*, Vw*으로 변환하여 변조파를 얻고, 삼각파(반송파)와의 비교에 의해 PWM 신호를 생성하며, 이것을 근거로 게이트 신호를 형성한다. 해당 게이트 신호는 PWM 인버터(90)를 구성하는 파워 소자의 게이트에 인가되고, 이것에 의해 전동기(110)가 구동된다.

이들 일련의 처리에 의해, 가속도 지령α*에 따른 토오크가 효율적으로 전동기로부터 발생된다.

이상이 정상적인 엘리베이터 운전시의 인버터 제어이다.

도 5에서도 도시된 것과 같이, 계통전원(10)측에서 이상이 발생한 경우에는, 가속도 지령α*의 보정이 행해진다. 이것은 인버터 콘트롤러(160) 내의 가속도 보정수단(160a)이 전원이상 검출신호를 컨버터 콘트롤러(150)로부터 받으면, 하중센서(141)에 의해 케이지내 중량(탑승하고 있는 사람을 포함)을 파악하여, 카운터웨이트(130)와 불평형분의 중량을 구하고, 해당 불평형 중량을 1층분 만큼 이동시키는 만큼의 필요 부하 토오크를 연산한다.

그리고, 엘리베이터가 가속중, 또는 일정 주행중에 있는 경우에는, 평활 콘덴서(80)의 전압을 살피면서, 가속도 지령α*을 감소시켜 간다. 이러한 제어가 행해지고 있는 동안에는, 회생 에너지로서 평활 콘덴서에 복귀된다.

따라서, 해당 평활 콘덴서에는, 상기한 회생 에너지와 태양전지가 비상 전원용으로서 축적된 에너지도 승압수단(400)을 동작하여 함께 주입되어 간다. 이와 같이 하여 해당 평활 콘덴서에 축적되어 가는 에너지를 항상 구하고, 해당 평활 콘덴서에 축적된 에너지가, 상기의 부하 토오크에 대응하는 만큼의 토오크를 전동기에서 발생할 수 있게 될 때까지 가속도 지령 α*을 감소시키는 조작을 계속한다.

그리고, 상기한 것에 해당하는 에너지가 해당 평활 콘덴서에 축적되면, 그 속도로 1층 만큼 이동시켜 엘리베이터를 정지시킨다.

물론, 회생 에너지만으로, 엘리베이터를 근처의 층까지 이동시키는 에너지를 조달할 수 있는 경우에는, 태양전지계의 대용량 전력용 콘덴서(180)에 비상용으로서 축적된 에너지를 이용할 필요는 없다.

여기에서, 전술한 것과 같이 대용량 전력용 콘덴서(180)에는, 항상 비상시에 대비하여, 엘리베이터를 최대 부하의 상태에서 1층 만큼 이동시키는 분량의 에너지를 축적해 놓기 때문에, 회생 에너지를 이용할 수 없는 경우에도 비상시에는 엘리베이터를 근처의 층까지 이동시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 컨버터 출력측의 평활 콘덴서에 모든 에너지를 축적하고, 해당 평활 콘덴서의 전압이 위에서 서술한 규정값 내에 있는지 아닌지를 판단하며, 부하측에 전력을 보낼지, 전원계통측에 전력을 반환할지를 판단하면서 에너지의 흐름을 제어한다. 이 때문에, 태양전지에서 발생한 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.

또한, 이러한 시스템 구성을 채용함으로써, 컨버터의 기동을 원활히 하는 것도 가능하게 된다.

더구나, 태양전지의 출력에 순시전력을 축적할 수 있는 대용량(수 F 이상) 콘덴서를 구비하고 있기 때문에, 계통전원이 정전하더라도 충분히 부하측의 비상용 전원으로서 이용할 수 있기 때문에, 종래 비상용으로서 구비되어 있던 배터리가 불필요해져 유지보수 뿐만 아니라 환경조건에 관계없이 성능을 확보할 수 있기 때문에, 비상용 전원으로서의 신뢰성도 향상한다.

본 실시예에서는, 태양전지의 에너지를 컨버터에 축적하는 구성을 근거로 설명하였지만, 태양전지 대신에 다른 전지, 예컨대, 연료전지에 축적된 에너지를 일단 대용량 전력용 콘덴서에 축적하고, 해당 콘덴서의 출력전압과 컨버터 출력측의 평활콘덴서와의 전압레벨을 조정하는 전압조정수단 및 해당 평활 콘덴서와의 사이를 절연하는 수단을 부가하면 동일한 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 실시예에서는, 태양전지 모듈로부터 발생하는 출력전압과 컨버터 출력측의 평활 콘덴서와의 전압레벨을 조정하는 수단으로서 승압수단을 사용하였지만, 해당 모듈로부터 발생하는 전압이 평활 콘덴서의 전압(전원전압을 다이오드 정류하여 얻어진 값)보다 커지는 경우에는 강압수단을 사용해서 전압의 레벨을 조정한다. 즉, 승압수단 혹은 강압수단 중 어느 것을 이용할지는, 전지측의 출력전압과 컨버터 출력측의 평활 콘덴서의 전압과의 레벨을 조정할 수 있도록 하는 수단으로 될 수 있는 쪽을, 본 발명에서의 전압조정수단으로 하면 된다.

도 7은 도 1에 나타낸 실시예의 변형예이다.

도 1의 구성과의 상위점은 1대의 컨버터(500A)에 평활 콘덴서가 접속되고, 해당 평활 콘덴서의 출력에는 복수대의 PWM 인버터 엘리베이터 구동 시스템(90A∼90C)이 접속되며, 인버터 형광등 등의 일반 부하도 공급되어 있는 점에 있다. 이것은 대규모 빌딩 등에서 이용할 수 있는 시스템의 하나의 구성예로서 고려된다. 태양전지계의 구성은 변하지 않지만, 1대의 태양전지 모듈(170)에서 비상용 전원으로서 확보할 수 없는 경우에는, 복수대(미도시) 준비하여, 비상용 전원으로서 최저한의 에너지를 확보할 수 있는 정도의 발전능력을 갖도록 구성하고, 또한 해당 에너지를 축적할 수 있는 정도의 용량을 갖는 대용량 전력용 콘덴서(180)를 구비하고 있다.

또 하나의 특징으로서, 복수대의 부하가 평활 콘덴서에 접속되기 위해 전원계통 관리 시스템(600)을 구비하고 있는 점이다. 이 경우, 복수대의 엘리베이터가 회생 에너지와 역행(力行) 에너지를 비교한 상태에서 엘리베이터가 반드시 운행하고 있는 것은 아니다.

예컨대, 1대의 엘리베이터가 역행상태에 있고, 나머지 엘리베이터가 회생상태에 있는 경우에는, 계통전원에 이상이 없는 데도, 대부분의 회생 에너지가 전원으로 변환되기 때문에, 계통전원의 전압을 일시적으로 상승시키게 되고, 이것이 원인으로 다른 계통에 접속되어 있는 기기에 영향을 미치는 것을 고려할 수 있다. 더구나, 이것에 덧붙여 태양전지로부터 평활 콘덴서로의 에너지 주입이 계속해서 행해지게 되면 계통측에 미치는 영향은 점점 심해진다.

반대로, 부하측이 거의 역행상태에 있고, 태양전지의 발전상태가 나쁜 경우에는, 계통원측의 전압이 내려간다. 이것의 변동이 반복해서 일어나면 전원전압이 변동되어, 플리커(flicker) 현상이 생기게 된다.

따라서, 이러한 시스템에서는, 전원전압이 소정의 변동범위 내에 있도록 하는 전원계통 관리 시스템이 필요하게 된다.

도 8에 전원계통 관리 시스템(600)의 처리를 나타낸다.

우선, 처리 600A에서는, 1차 전원(계통전원)측의 상황(결상, 순시정지, 전압강하 등)을 신속하게 검출하기 위해서, 전압센서(50)로부터 검출된 전압으로부터 트랜스 l차측에 환산한 값(계통 전원전압)이 결정된 규정범위 내에 있는지 아닌지를 체크하여, 계통전원측의 상태를 감시한다. 이 결과, 규정내에 있는 경우는, 계통전원측에는 이상이 없는 것으로 한다. 이 경우에, 각 부하계 및 태양전지계는 계통전원에 대하여, 에너지 주고받음에 관한 균형이 잘 유지되어 동작하고 있다고 판단하여 그대로의 상태로 운전을 속행한다.

처리 600A에서 상기의 검출전압이 규정의 범위에 들어오지 않는다고 판단되면, 트랜스 2차측의 전압변동의 상황을, 전압센서(50)를 정류하여 얻은 값으로부터 판단한다. 이 경우에는 규정보다 작은 경우와 규정보다 큰 경우를 고려할 수 있다.

따라서, 우선, 규정보다 작은 경우에 관해서 설명한다. 이 경우, 현저히 전압이 저하하고 있는 상황, 즉, 순시정지, 정전, 결상 등이 계통전원측에 발생하였다고 처리 600D에서 판정하고, 처리 600E에서 컨버터 동작을 정지하여, 구동 중의 엘리베이터를 감속시켜 회생 에너지를 평활 콘덴서에 회수한다. 이 조작에 의해서도, 평활 콘덴서에 엘리베이터를 근처의 층으로 이동시킬 만큼의 에너지가 없는 경우에는, 태양전지계로부터 부족분의 에너지를 주입해서 엘리베이터를 근처의 층에 정지시키는 처리 600F를 행한다.

여기서에는, 일반 부하에도 접속되어 있는 것을 고려하고, 게다가, 태양전지의 에너지를 평활 콘덴서에 주입하는 것을 계속하여 비상등 등의 일반 부하에 대한 비상용 전원으로서도 태양전지의 축적 에너지를 이용할 수 있도록 하고 있다.

다음에, 규정보다 큰 경우에 관해서 설명한다.

처리 600G에서, 규정값보다 크다고 판단되면, 처리 600G, 600H, 600I가 실행된다.

처리 600G에서, 규정값보다도 트랜스 2차측의 전압이 커진 것은, 태양전지로부터의 발전 에너지가 평활 콘덴서에 주입된 것과, 거의 엘리베이터의 감속중에서 회생 에너지가 다량으로 평활 콘덴서에 복귀된 것이 동시에 발생하여 이러한 상태가 발생한 것은 아닌가라고 추정한다. 이것에는 우선순위를 부가하여 대응한다.

태양전지의 에너지 주입동작과, 엘리베이터의 감속동작을 비교하면 후자의 쪽이 우선순위를 높게 해야 한다. 이 경우, 엘리베이터가 정지동작에 들어가 있기 때문이다.

따라서, 처리 600G에서는, 우선, 승압수단(400)의 동작을 정지시켜 평활 콘덴서에의 태양전지에서 발생한 에너지의 주입을 중지한다. 그후, 처리 600H를 실행한 결과, 트랜스 2차측의 전압이 규정의 범위 내에 들어갔으면, 통상의 처리 600B를 실행한다. 이 경우, 복수의 엘리베이터의 감속운전과 태양전지에서의 발생 에너지의 주입동작이 겹쳐, 평활 콘덴서에 주입(반환)되는 에너지가 급격히 증가했기 때문에, 이것에 따라 컨버터에 의한 계통전원에의 에너지 반환이 많아져 일시적으로 트랜스 2차측의 전압이 규정값 이상으로 되었다고 상정되었기 때문이다.

또한, 태양전지의 발생 에너지의 평활 콘덴서에의 주입동작이 중지해 있더라도, 태양전지에서 발생하고 있는 순시 에너지는 대용량 전력용 콘덴서(180)에 계속 축적되어 있다. 이 때문에, 이러한 평활 콘덴서에의 태양전지의 발생 에너지의 주입중지 동작이 있더라도 태양전지의 이용효율이 감소하는 이유는 아니다.

다음에, 전술한 태양전지의 발생 에너지의 주입동작을 중지하더라도 아직, 트랜스 2차측의 전압이 규정의 범위 내에 들어가지 않은 경우에는, 처리 600I가 실행된다.

즉, 감속중의 엘리베이터의 감속 레이트를 완화하여, 회생 에너지량을 적게 한다.

이 경우도, 우선순위를 붙여 감속 레이트의 완화를 실행한다. 여기서는, 하중센서로부터의 정보를 근거로 탑승 케이지에 타고 있는 인원수를 추정하고, 해당 탑승 인원수가 적은 쪽부터 감속 레이트를 완화해 간다. 탑승 인원수가 적은 만큼 언밸런스 토오크가 크고, 전동기에 있어서는 등가 관성이 커지게 되어 회생 에너지도 커지고 있는 것이 예상되며, 탑승인원에 대한 불쾌함의 영향도 극히 억제되기 때문이다.

처리 600I에서는, 우선순위에 따라 감속 레이트를 하강시켜(처리 600I와 600H가 병용해서 행해진다), 규정의 범위 내에 들어가면 통상의 처리 600B로 이행한다.

이상과 같이 전원관리를 행하는 것에 의해, 계통전원측에 영향을 미치지 않으면서, 회생 에너지 및 태양전지에서 발생한 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다.

이상 도 7의 실시예의 사상은, 평활 콘덴서를 직류전원 라인으로서 파악하여, 해당 직류전원에 많은 종류의 부하가 접속되는 것을 상정한 예이다.

요컨대, 해당 직류전원라인에 복수의 PWM 인버터를 접속한 엘리베이터 구동 시스템 외에, 해당 직류전원에 DC 초퍼회로 등의 직류전압 조정기를 부가하면 직류 전동기의 속도제어나 배터리 충전기로서도 이용할 수 있다. 또한, 해당 직류전원라인에 인버터 형광등을 부착시키면 효율적으로 조명기구로서도 사용할 수 있다.

이러한 확장된 실시예를 취한 경우, 다양한 전기·전자기기에 상용전원 이외에서 얻은 에너지를 이용할 수 있어, 에너지 이용효율이 향상된다고 하는 다른 것에는 없는 효과가 나타난다.

도 9는 도 7의 시스템을 변형한 실시예이다.

도 8과 상위한 점은, 복수대의 컨버터·인버터 시스템으로 엘리베이터를 구동하는 경우를 나타낸 것이다.

전원계통관리 시스템(600)은 기본적으로는 도 8의 처리에 의해 행해지지만, 평활 콘덴서의 기준전압 Ed*은 각각 컨버터 시스템에 대응하여 구비하고 있는 점이 다르다.

즉, 처리 600C에서 트랜스 2차측의 전압이 규정값 이상이 된다고 판단된 경우, 600G 처리를 행하기 전에, 상기한 기준전압 Ed*을 증가시켜, 트랜스 2차측으로 반환되는 에너지의 양을 완화한다. 물론, 이 기준전압 Ed* 증가의 상한은 PWM 인버터측의 파워소자의 내압이나 평활 콘덴서의 내압 등으로부터 제약을 받아 결정되는 것이다. 이 시스템에서는, 기준전압 Ed*을 계통전원측에 요란을 주지 않도록 최적의 기준전압 Ed*이 되도록 전원계통 시스템(600)에서 관리하도록 한 것이 특징이다.

이러한 계통전원 관리 시스템을 도입함으로써, 태양전지의 에너지를 이용하여 복수대의 엘리베이터 구동 시스템으로, 각 엘리베이터에 여러가지의 운행을 행하더라도 해당 계통전원관리 시스템에 의해 계통전원측에 대한 총합 에너지(태양전지의 발생 에너지, 감속에 의한 회생 에너지)가 관리되기 때문에, 효율적으로 전원측에 역조류할 수 있게 된다.

이상과 같이 복수대의 엘리베이터 시스템에서도, 다른 종류의 전원이 발생하고 있는 순시전력을 계통전원측에 반환시키는 새로운 컨버터를 부가하는 일없이 역조류시키는 수 있고, 게다가 구동측에 있어서의 동력용 전원이나 계통전원 정전시의 비상용 전원 및 평활 콘덴서의 초기 충전용전원으로서 이용할 수 있기 때문에, 시스템 전체로서 전원의 이용효율이 향상되고, 아울러 시스템 전체의 신뢰성도 향상된다고 하는 효과가 나타난다.

본 발명은, 태양전지의 발생전력을 컨버터와 인버터 사이의 콘덴서에 주입하고, 인버터의 부하측용의 에너지로서 또는 전원계통측에 반환할 수 있기 때문에, 태양전지 에너지의 이용효율을 향상할 수 있다. 또한, 축전지가 필수적인 것이 아니므로, 환경조건에 좌우되지 않는 성능과 신뢰성을 보증할 수 있고, 번잡한 축전지의 유지보수도 생략할 수 있기 때문에, 엘리베이터 제어장치를 비롯하여, 컨버터와 인버터를 구비한 전력 변환기의 제어장치로서 널리 이용할 수 있다.

Claims (14)

1. 전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력측에 접속된 콘덴서와, 이 콘덴서의 직류전력을 가변전압·가변주파수의 교류전력으로 변환하는 인버터와, 이 인버터에 의해 전원이 공급되어 엘리베이터 케이지를 승강 구동하는 전동기를 구비한 엘리베이터 제어장치에 있어서, 태양 전지와, 이 태양전지가 발생하는 전력을 상기 콘덴서에 주입하는 수단과, 상기 콘덴서의 전력을 상기 전원으로 회생시키도록 상기 컨버터를 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 컨버터 제어수단은, 상기 콘덴서의 전압이 소정값을 넘는 것에 따라 동작하여 상기 컨버터를 회생방향으로 제어하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 컨버터 제어수단은 상기 콘덴서의 전압이 소정의 전압범위를 유지하는 전압제어계를 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 콘덴서 전압에 근거하여, 상기 전원으로부터 상기 콘덴서에 전력을 주입하고 또는 상기 콘덴서의 전력을 전원에 역조류시키도록 상기 컨버터를 제어하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 태양전지의 출력측과 상기 콘덴서 사이에, 상기 콘덴서측으로부터 상기 태양전지의 출력측으로의 전력의 역류를 저지하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 태양전지가 일조량에 따라 발생한 전력을, 상기 콘덴서에 주입할 수 있는 전력상태로 전력 변환하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 태양전지의 출력측과 상기 전력변환수단 사이에, 상기 태양전지의 순시출력 전력을 흡수하는 능력을 갖는 용량의 전력용 콘덴서를 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 태양전지의 발전상태가 소정값 이하로 된 것을 판정하는 수단과, 이 판정수단의 출력에 따라 상기 전력변환수단의 동작을 정지하는 수단을 구비하고, 상기 태양전지가 소정의 전력을 발생하고 있는 사이에만, 해당 전력을 상기 콘덴서에 주입하도록 구성한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 컨버터가 정지한 상태에서 미리 상기 전력변환수단을 동작시키고, 상기 콘덴서에 태양전지의 전력을 주입하여, 그 전압을 소정값까지 상승시키는 예비충전수단과, 이 소정전압에 도달한 후에 상기 컨버터를 기동하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 콘덴서의 전력이 부족할 때, 상기 전력용 콘덴서에 축적된 전력을 상기 전력변환수단에 의해 상기 콘덴서에 주입하고, 이 주입된 전력으로 가장 가까운 층까지 엘리베이터를 운전하는 구출운전수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
11. 교류전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 PWM 컨버터와, 이 컨버터의 출력측에 접속된 평활 콘덴서와, 이 평활 콘덴서의 직류전력을 가변전압·가변주파수의 교류전력으로 변환하는 PWM 인버터와, 이 인버터에 의해 전원이 공급되어 엘리베이터를 승강 구동하는 전동기를 구비한 엘리베이터 제어장치에 있어서, 태양전지와, 이 태양전지가 발생하는 전력을 상기 평활 콘덴서에 주입하도록 상기 태양전지의 출력의 전압레벨을 조정하는 수단과, 상기 평활 콘덴서의 전압을 소정의 전압범위로 유지하도록 상기 컨버터를 가역적으로 PWM 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
12. 교류전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 PWM 컨버터와, 이 컨버터의 출력측에 접속된 평활 콘덴서와, 이 평활 콘덴서의 직류전력을 가변전압·가변주파수의 교류전력으로 변환하는 PWM 인버터와, 이 인버터에 의해 전원이 공급되어 엘리베이터를 승강 구동하는 전동기를 구비한 엘리베이터 제어장치에 있어서, 태양전지와, 이 태양전지가 발생하는 전력을 소정의 전류값으로 상기 평활 콘덴서에 주입하도록 상기 태양전지의 출력의 전압레벨을 조정하는 전류제어계와, 상기 평활 콘덴서의 전압을 소정의 전압범위로 유지하도록 상기 컨버터를 가역적으로 PWM 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 교류전원으로의 회생전류에 관계하는 전기량을 검출하는 수단과, 이 검출값이 소정값을 넘는 것에 따라 동작하여 상기 전류제어계를 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어장치.
14. 전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력측에 접속된 평활 콘덴서와, 이 콘덴서의 직류전력을 가변전압·가변주파수의 교류전력으로 변환하는 PWM 인버터와, 이 인버터에 의해 전원이 공급되는 부하를 구비한 전력 변환기 제어장치에 있어서, 태양전지와, 이 태양전지가 발생하는 전력을 상기 평활 콘덴서에 주입하는 수단과, 상기 평활 콘덴서의 전력을 상기 전원으로 회생하도록 상기 컨버터를 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 전력 변환기 제어장치.