KR20020082204A

KR20020082204A - 교류 엘리베이터의 전원 장치

Info

Publication number: KR20020082204A
Application number: KR1020027006280A
Authority: KR
Inventors: 다까오 오까다; 요시또모 요시노; 가즈히로 시오데; 가즈노리 하세가와; 신이찌 무라까미; 시게루 나가시마
Original assignee: 후지텍크가부시키가이샤
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-10-30
Also published as: CA2391616A1; US6732838B1; HK1048895A1; EP1235323A1; TWI241978B; KR100738167B1; AU1413001A; EP1235323A4; CN1425214A; CN100407545C; CA2391616C; WO2001037396A1

Abstract

본 발명에 따른 교류 엘리베이터는, 상용 전원(1)과, 상용 전원(1)으로부터의 전력에 의해 동작하여 교류 전력을 발생하는 인버터(3)와, 상기 인버터(3)가 발생하는 교류 전력에 의해 구동되는 전동기를 구비한다. 전원 장치는, 충전이 가능한 배터리(E)와, 그 배터리에 충전과 방전을 행하게 하기 위한 전원 회로(10)와, 그 전원 회로(10)의 동작을 제어하여, 인버터(3)에 대한 입력 전압을 제어하는 제어 회로(9)를 구비하고, 전동기의 회생 전력에 의해 배터리(E)를 충전함과 함께, 그 배터리(E)의 발생 전력을 상기 인버터(3)로 공급한다.

Description

교류 엘리베이터의 전원 장치{POWER SUPPLY FOR AC ELEVATOR}

일반적으로 엘리베이터에는, 도 16에 도시한 바와 같이, 권상 장치(82)에 감겨진 로프(83)의 일단에 엘리베이터 카(8)를 연결함과 함께 타단에 균형추(81)를 연결한 도르래 구조가 채용되어 있으며, 정격 적재 하중의 40∼50%의 하중으로 균형을 잡도록, 균형추(81)의 중량이 조절되고 있다.

그런데, 최근의 파워 일렉트로닉스 소자 및 그것을 제어하는 기술의 진보에 의해, 도시한 바와 같이 인버터(3)에 의해 권상 장치(82)의 유도 전동기에 가변 전압·가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 속도 제어를 행하여, 엘리베이터 카(8)를 승강시키는 인버터 구동 방식이 실용화되고 있다.

인버터 구동 방식의 엘리베이터에 있어서, 카가 만원인 상태로 상승하는 경우나, 카가 비어 있는 상태로 하강하는 경우에는, 위치 에너지를 증대시킬 필요가 있기 때문에, 이 증가 에너지분은 전원(1)으로부터 컨버터(2) 및 인버터(3)를 통하여 유도 전동기로 공급된다. 이러한 운전 모드를 "상승 부하 운전"이라고 한다. 반대로, 카가 비어 있는 상태로 상승하는 경우나, 만원인 상태로 하강하는 경우에는, 위치 에너지를 감소시키게 되며, 감소한 위치 에너지분은 유도 전동기에서 전기 에너지(전력)로 변환되어, 인버터(3)로 되돌아온다. 이러한 운전 모드를 "하강 부하 운전"이라고 하며, 인버터(3)로 복귀되는 전력을 "회생 전력"이라고 한다. 이 회생 전력은, 어떠한 방법으로라도 처리하지 않으면, 인버터의 입력 전압이 상승하여, 제어 소자가 파괴되어 버린다.

따라서, 종래에는 트랜지스터를 이용한 전원 회생 가능 컨버터를 이용하여 회생 전력을 전원측으로 돌려 주는 방법과, 회생 전력을 저항에 의해 열로 변환하여 공기 중으로 방산시키는 방법이 있으며, 전자의 방법은 주로 고층 빌딩의 고속 엘리베이터에, 후자의 방식은 중저층 빌딩의 중저속 엘리베이터에 채용되어 있다.

전자의 방식에 이용되는 전원 회생 가능 컨버터는, 변환 효율이 높고, 역율을 거의 1로 할 수 있는 등, 매우 우수한 방식이지만, 장치가 비싸지는 결점이 있다. 이것에 비해, 후자의 방식은 제어가 간단하고, 장치는 저렴하지만, 회생 전력을 열로서 방산시키므로, 에너지 이용 효율이 낮다는 문제가 있다.

또한, 엘리베이터 구동용 전동기의 전원 장치로서, 일정 전압의 직류 전원 장치에 병렬로 축전지를 접속하여, 엘리베이터 전동기의 감속시에는 회생 전력에 의해 축전지를 충전하고, 엘리베이터 전동기의 가속시에는 주로 축전지로부터 전동기로 전류를 공급하는 전원 장치가 제안되어 있다(일본국 공개 특허 공보 소53-4839호). 그러나, 이 전원 장치에서는 전원의 교류 출력을 직류로 변환하기 위한 정류 회로의 전압 변동율 특성과 축전지의 전압 변동율 특성간에 특정한 대응 관계가 필요하며, 그와 같은 대응 관계를 만족시키는 정류 회로나 축전지를 설계하는 것은 곤란하기 때문에, 실현이 용이하지 않다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명의 목적은, 에너지 이용 효율이 높고, 또한 용이하게 실현할 수 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 교류 엘리베이터 전원 장치의 개량에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전원 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 2는 교류 엘리베이터에서의 인버터 및 PWM 제어 회로의 구성을 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 전원 장치의 제어계의 구성을 도시한 블록도.

도 4는 도 3의 제어계의 다른 구성을 도시한 블록도.

도 5는 삼각파 및 제어 신호의 파형도.

도 6은 인버터의 입력 전압이 증감했을 때의 도 5의 파형도.

도 7은 용량계를 소프트웨어로 실현하는 경우의 순서의 일례를 도시한 흐름도.

도 8은 충방전을 제어하기 위한 순서의 일례를 도시한 흐름도.

도 9는 대기 충전을 제어하기 위한 순서의 일례를 도시한 흐름도.

도 10은 용량계를 프리세트(리세트)하기 위한 순서의 일례를 도시한 흐름도.

도 11은 배터리를 복수의 유닛으로 구성한 예를 도시한 블록도.

도 12는 배터리의 수명을 판정하기 위한 구성의 일례를 도시한 블록도.

도 13은 배터리의 수명을 판정하기 위한 순서의 일례를 도시한 흐름도.

도 14는 돌입 전류를 억제하기 위한 구성을 도시한 블록도.

도 15는 돌입 전류를 억제하기 위한 다른 구성을 도시한 블록도.

도 16은 인버터 방식의 엘리베이터의 구성을 도시한 블록도.

도 17은 엘리베이터의 상승 부하 운전과 하강 부하 운전시의 전력 변화를 도시한 그래프.

본 발명에 따른 교류 엘리베이터는, 상용 전원과, 상용 전원으로부터의 전력에 의해 동작하여 교류 전력을 발생하는 인버터와, 그 인버터가 발생하는 교류 전력에 의해 구동되는 전동기를 포함한다. 그 교류 엘리베이터에서, 전원 장치는, 충전이 가능한 배터리와, 그 배터리에 충전과 방전을 행하게 하기 위한 충전/방전 회로와, 그 충전/방전 회로의 동작을 제어하고, 인버터에 대한 입력 전압을 제어하는 제어 회로를 포함하고, 전동기로부터의 회생 전력에 의해 배터리를 충전함과 함께, 그 배터리의 발생 전력을 상기 인버터로 공급한다.

여기서, 제어 회로는 인버터의 입력 전압을 일정하게 제어하는 전압 제어 수단을 포함하고 있다. 충전/방전 회로는, 충전 회로를 폐루프로하기 위한 충전 제어 소자와, 방전 회로를 폐루프로하기 위한 방전 제어 소자를 포함하며, 제어 회로에 의해 충전 제어 소자 및 방전 제어 소자의 온/오프가 제어된다.

제어 회로는, 충전 제어 소자와 방전 제어 소자를 교대로 온시켜, 배터리에 충전과 방전을 교대로 행하게 한다. 그리고, 제어 회로는 배터리의 충전 상태 혹은 엘리베이터의 운전 상태에 따라, 충전 제어 소자의 온 시간과 방전 제어 소자의 온 시간을 상대적으로 변화시킴으로써, 충전 회로에 의한 충전과 방전 회로에 의한 방전의 우열을 결정한다.

이에 따라 인버터의 입력 전압이 일정하게 제어되는데, 예를 들면 하강 부하운전시에는 전동기로부터 인버터를 거쳐 공급되는 회생 전력이 배터리에 충전되며, 상승 부하 운전시에는 배터리의 발생 전력이 인버터를 거쳐 전동기로 공급된다.

또한, 제어 회로는 배터리의 방전을 규제하기 위한 방전 규제 수단과, 배터리의 충전을 규제하기 위한 충전 규제 수단을 포함한다. 여기서, 제어 회로의 충전 규제 수단은, 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 80% 정도를 상회할 때, 그 배터리에의 충전을 저지함으로써, 과충전을 방지한다. 또한, 제어 회로의 방전 규제 수단은, 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 30% 정도를 하회했을 때, 그 배터리로부터의 방전을 저지함으로써, 과방전을 방지한다.

제어 회로의 충전 규제 수단 및 방전 규제 수단은, 인버터의 입력 전압과 그 전압 지령과의 편차에 대하여 제한을 더하는 리미터 회로로 구성된다. 그리고, 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 80% 정도를 상회할 때, 리미터 회로에서 충전측의 리미터값이 제로로 설정된다. 또한, 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 30% 정도를 하회했을 때, 리미터 회로에서 방전측의 리미터값이 제로로 설정된다.

또한, 제어 회로는 소정 조건하에서 배터리의 방전을 저지하기 위한 방전 저지 수단을 포함한다. 또한, 제어 회로는 소정 조건 하에서 배터리의 충전을 저지하기 위한 충전 저지 수단을 포함한다.

또한, 제어 회로는 배터리의 충전 완료 시에, 배터리의 용량을 측정하기 위한 용량 측정 수단을 프리세트하는 수단, 배터리의 방전 완료 시에, 배터리의 용량을 측정하기 위한 용량 측정 수단을 리세트하는 수단을 포함한다. 이에 따라, 용량 측정 수단의 누적 오차가 해소된다.

또한, 제어 회로는 소정 조건 하에서, 배터리로부터의 방전을 일정 전류 제어로 전환하고, 배터리에의 충전을 일정 전류 제어로 전환하는 수단과, 방전 시의 배터리의 단자 전압과 충전 시의 배터리의 단자 전압에 기초하여 배터리의 내부 저항을 검출하는 수단을 포함한다. 따라서, 내부 저항의 변화로부터 배터리의 수명 판정을 행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전원 장치는, 인버터의 입력단과 제어 회로사이에 개재하는 개폐 제어 가능한 출력 접점과, 인버터의 입력 전압과 배터리의 단자 전압을 비교하는 비교기와, 그 입력 전압이 그 단자 전압을 상회할 때에 상기 출력 접점을 닫는 제어 수단을 포함한다. 이에 따라, 출력 접점을 닫을 때의 돌입 전류가 억제된다.

이하, 본 발명에 따른 교류 엘리베이터의 전원 장치를, 복수의 실시예에 기초하여, 도면에 따라 구체적으로 설명한다. 또한, 복수의 실시예에서 공통된 구성 요소에 대해서는, 도면에 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

제1 실시예

도 2에 도시한 바와 같이, 유도 전동기 IM에 의해 구동되는 권상 장치(82)에 로프(83)가 감겨지며, 그 로프(83)의 일단에 엘리베이터 카(8)가 연결됨과 함께, 그 로프(83)의 타단에 균형추(81)가 연결되어 있다.

상용 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전력은, 컨버터(2)에 의해 직류 전력으로 변환된 후, 인버터(3)에 입력되어 교류의 전력으로 변환되고, 인버터(3)로부터 출력되는 교류 전류가 유도 전동기 IM으로 공급된다.

인버터(3)는, 도 2에 도시한 주지의 PWM 제어 회로에 의해 제어되고 있다. 즉, 유도 전동기 IM에는 엘리베이터 카(8)의 실제 속도를 검출하기 위한 펄스 발생기 PG가 취부되어 있어, 엘리베이터 카(8)에 대한 속도 지령(4)과 펄스 발생기 PG의 출력 신호가 속도 조절기(5)로 공급되고, 속도 편차 신호가 작성된다. 그 속도 편차 신호는, 가변 주파수 전류 지령 연산 회로(6)로 공급되고, 이에 따라 작성된 가변 주파수 전류 지령이 정현파 PWM 제어 회로(7)에 입력되어, PWM 제어 신호가 생성된다. 그리고, 그 PWM 제어 신호가 인버터(3)로 공급되어, 엘리베이터 카(8)의 속도 제어가 행해진다.

도 1에 도시한 바와 같이, 인버터(3)의 입력단 a, b에는 본 발명에 따른 전원 회로(10)가 접속된다. 그 전원 회로(10)는, 예를 들면 니켈 수소 전지와 같은 2차 전지로 이루어지는 배터리 E를 구비함과 함께, 그 배터리 E의 충전 및 방전을 제어하기 위한 한쌍의 트랜지스터 Tr1, Tr2와 한쌍의 다이오드 D1, D2를 구비하고 있다. 배터리 E는, 예를 들면 도 11에 도시한 바와 같이 8개의 단전지(單電池) B를 1 유닛으로 하며, 엘리베이터의 용량에 따른 복수의 유닛으로 구성되어 있다.

도 1과 같이, 배터리 E에는 그 충전량을 검출하기 위한 용량계 Q, 승압 코일 L 및 전류 검출기 RT가 접속되어 있다. 이하에서, 용량계 Q는 배터리 E에 접속된 하드웨어 측정기인 것으로서 설명하지만, 이것에 한하지 않고, 예를 들면 전류 검출기 RT에 의해 검출되는 전류의 변화로부터 용량을 산출하는 소프트웨어로서의 측정 수단을 채용할 수도 있다.

도 7은, 용량계 Q를 소프트웨어에 의해 실현하기 위한 순서의 일례를 도시하고 있다. 우선 단계 S-41에서 전류 검출기 RT로부터 전류가 입력되고, 단계 S-42에서 전류에 평균화 처리를 실시한다. 이어서 단계 S-43에서 적산 전류치를 참조하여, 단계 S-44에서 적산 전류치가 0을 상회하고 있는지를 판단한다. 여기서 NO라고 판단되었을 때는 단계 S-45로 이행하여, 적산 전류치가 0을 하회하고 있는지를 판단한다. 여기서 YES라고 판단되었을 때는 단계 S-46으로 이행하여, 방전량의 산출을 행한다. 한편, 단계 S-44에서 YES라고 판단되었을 때는 단계 S-47로 이행하고, 충전량의 산출을 행한다. 계속해서, 단계 S-48에서는 방전량 또는 충전량의 산출 결과로부터 백분율에 의한 용량을 산출하여, 단계 S-49에서 산출된 용량을 용량 메모리로 출력한다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이 배터리 E에는, 정전 등의 비상 사태 발생 시에 배터리 E의 전력을 제어용 전원으로서 공급하기 위한 비상용 전원 공급 회로(11)나, 전원 회로(10)에 고장등이 발생했을 때 열려야되는 비상용 접점(12)이 접속되어 있다.

상기 전류 검출기 RT 및 용량계 Q의 출력 신호는 마이크로 컴퓨터를 포함하는 제어 회로(9)로 공급되고, 이에 따라 작성된 제어 신호가 한쌍의 트랜지스터 Tr1, Tr2로 공급되며, 후술하는 바와 같이 인버터(3)의 입력 전압 Vab가 정전압 제어된다. 도 3은, 전원 회로(10) 및 제어 회로(9)에 의해 실현되는 제어계의 구성을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 소정의 전압 지령에 대하여 인버터(3)의 입력 전압 Vab가 부귀환되어, 그 편차 신호 e가 전달 함수 G1 및 리미터 회로(20)를 통과하여 전류 지령 i가 생성된다. 그 전류 지령 i에 대하여, 또한 전류 검출기 RT로부터의 전류치가 부귀환되어, 그 편차 신호가 전달 함수 G2를 거쳐 비교기(21)에 입력된다.

비교기(21)에서는, 삼각파 발생기(22)로부터의 삼각파 α와 전달 함수 G2의 출력 신호를 비교함으로써, 한쌍의 트랜지스터 Tr1, Tr2에 대한 제어 신호 C를 작성한다. 여기서, 제2 트랜지스터 Tr2의 전단에는, 반전 소자(23)가 접속되어 있어, 이에 따라 양 트랜지스터 Tr1, Tr2의 온 기간이 서로 어긋나게 된다.

예를 들면 상용 전원(1)의 전압이 200V인 경우, 컨버터(2)로부터 얻어지는 전압은 통상 280V 정도가 되지만, 여기서 도 3에 도시한 전압 지령을 350V로 설정하면, 전원 회로(10)의 제어계는 인버터(3)의 입력 전압 Vab를 350V로 유지하도록 전압 제어를 행한다.

즉, 입력 전압 Vab가 350V인 경우에는, 편차 신호 e는 제로이고, 리미터 회로(20)로부터 출력되는 전류 지령 i도 제로가 되어, 비교기(21)로부터 출력되는 제어 신호 C는, 도 5에 도시한 바와 같이 온 기간과 오프 기간이 동일한 펄스 파형이 된다. 그 결과, 양 트랜지스터 Tr1, Tr2는 교대로 동일한 시간만 온되는 동작을 반복하고, 이에 따라 배터리 E는 충전과 방전을 동일한 시간씩 교대로 반복하여, 인버터(3)의 입력 전압 Vab를 350V로 유지하려고 한다.

입력 전압 Vab가 350V보다도 낮게 되었을 때는, 비교기(21)로부터 출력되는 제어 신호 C는 도 6(a)에 도시한 바와 같이 온 기간이 짧고, 오프 기간이 긴 펄스파형이 된다. 그 결과, 제1 트랜지스터 Tr1의 온 기간이 짧아지고, 제2 트랜지스터 Tr2의 온 기간이 길어져, 이에 따라 배터리 E의 방전이 충전보다도 우세해져, 입력 전압 Vab가 350V까지 상승한다.

이것에 비하여, 입력 전압 Vab가 350V보다도 높아졌을 때는, 비교기(21)로부터 출력되는 제어 신호 C는 도 6(b)에 도시한 바와 같이 온 기간이 길고 오프 기간이 짧은 펄스 파형이 된다. 그 결과, 제2 트랜지스터 Tr2의 온 기간이 짧아지고, 제1 트랜지스터 Tr1의 온 기간이 길어져, 이에 따라 배터리 E의 충전이 방전보다도 우세해져, 입력 전압 Vab가 350V까지 강하한다.

또한, 도 1에서 배터리 E가 방전되는 경우의 통상적인 루트는 배터리 E로부터 코일 L, 전류 검출기 RT, 및 제2 트랜지스터 Tr2를 거쳐, 배터리 E로 되돌아가는 루트이고, 배터리 E가 충전되는 경우의 통상적인 루트는 인버터 입력 단자 a로부터, 비상용 접점(12), 제1 트랜지스터 Tr1, 전류 검출기 RT, 코일 L, 및 배터리 E를 거쳐 인버터 입력 단자 b로 되돌아가는 루트이다. 그리고, 각 트랜지스터 Tr1, Tr2의 오프시에는, 다이오드 D2 혹은 D1을 통하여, 코일 L에 의한 배터리 E의 충전 전류 혹은 방전 전류가 순간적으로 흐른다.

여기서, 용량계 Q에 의해 검출되는 배터리 E의 충전 상태가 예를 들면 정격 용량의 30% 이하인 경우에는, 도 3에 도시한 리미터 회로(20)의 방전측의 리미터값을 제로로 하여, 충전만을 행하게 하며, 또한 배터리 E의 충전 상태가 예를 들면 정격 용량의 80% 이상인 경우에는, 리미터 회로(20)의 충전측의 리미터값을 제로로 하고, 방전만을 행하게 하도록 하면, 과충전이나 완전 방전을 방지할 수 있으므로,이에 따라 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.

예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이, 충전측과 방전측에 각각 리미터값(>제로)을 갖는 리미터 회로(20)에 대하여, 방전측의 리미터값이 제로의 리미터 회로(20')와, 충전측의 리미터값이 제로인 리미터 회로(20″)를 병렬 접속하고, 이들 리미터 회로(20, 20', 20″) 후단에 각각, 충방전 허가 스위치 S2, 방전 금지 스위치 S1 및 충전 금지 스위치 S3을 접속하고, 이들 스위치를 도 8에 도시한 순서에 의해 온/오프 제어한다.

즉, 단계 S-1에서는, 용량이 80%를 하회하고 있는지를 판단하고, 여기서 YES라고 판단되었을 때는, 단계 S-2에서 충전 금지 스위치 S3을 오프한다. 이어서 단계 S-3에서는, 용량이 30%를 하회하고 있는지를 판단하고, 여기서 NO라고 판단되었을 때는, 단계 S-4에서 방전 금지 스위치 S1을 오프하고, 단계 S-5에서 충방전 허가 스위치 S2를 온한다. 이에 따라, 충전과 방전의 양쪽이 행해진다. 한편, 단계 S-3에서 YES라고 판단되었을 때는, 단계 S-6에서 방전 금지 스위치 S1을 온하고, 단계 S-7에서 충방전 허가 스위치 S2를 오프한다. 이에 따라, 충전만이 행해진다. 또한, 단계 S-1에서 NO라고 판단되었을 때는, 단계 S-8로 이행하여, 충전 금지 스위치 S3을 온한 후, 단계 S-9에서 방전 금지 스위치 S1을 오프하고, 단계 S-10에서 충방전 허가 스위치 S2를 오프한다. 이에 따라, 방전만이 행해진다.

또한, 엘리베이터 정지시에는 상용 전원에 의해 배터리를 충전하고, 배터리의 충전 상태를 예를 들면 정격 용량의 60% 정도로 유지하면, 배터리의 충전 상태를 최량의 상태, 즉 다음 엘리베이터의 운전이 회생 운전·구동 운전 중 어느 쪽이라고 해도 배터리의 충전·방전을 지장없이 행할 수 있는 상태를 유지할 수 있다. 만약, 용량이 60%를 초과하는 상태이면, 예를 들면 비상용 전원 공급 회로(11)로부터 제어 회로(9)에 배터리의 전력을 공급하면 된다.

예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이, 리미터 회로(20)의 출력단에, 대기 충전 지령에 의해 전환하는 대기 충전 금지 스위치 S4를 접속하고, 그 스위치를 도 9의 순서에 의해 전환함으로써, 리미터 회로(20)의 출력 신호와 대기 충전 전류 지령 중 어느 하나를 선택한다.

즉 단계 S-11에서는 엘리베이터가 운전중인지를 판단하고, 여기서 NO라고 판단되었을 때는 다시 단계 S-12에서 용량이 60%를 하회하고 있는지를 판단한다. 여기서 YES라고 판단되었을 때는 단계 S-13으로 이행하여, 대기 충전 금지 스위치 S4를 SET측으로 전환하고, 대기 충전 전류 지령을 선택한다. 한편, 단계 S-11에서 YES라고 판단되거나, 혹은 단계 S-12에서 NO라고 판단되었을 때는, 단계 S-14로 이행하여, 대기 충전 금지 스위치 S4를 RESET측으로 전환하고, 리미터(20)의 출력을 선택한다. 이에 따라, 엘리베이터 정지시에는, 배터리가 정격 용량의 60% 정도가 되도록 충전된다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 인버터(3)에, 다른 엘리베이터를 제어하기 위한 인버터(3')를 병렬로 접속하면, 한쪽 엘리베이터의 역행 운전과 다른 엘리베이터의 회생 운전 사이에 전력을 교환할 수 있으며, 이에 따라 에너지를 더 절감할 수 있다.

또한, 어떤 원인에 의해 인버터(3)의 입력 전압 Vab가 너무 높아진 경우에는, 인버터(3)의 양 입력단 a, b 사이에 개재하는 트랜지스터 Tr3을 온으로 하여, 저항 R에 의해 회생 전력을 소비시킬 수 있다.

상기 전원 장치에서, 도 3에 도시한 리미터 회로(20)의 리미터값의 조작은, 상술한 배터리 E의 충전 상태뿐만 아니라, 엘리베이터의 운전 상태에 따라 변화시킬 수도 있다.

또한, 배터리 E의 적정한 충전량은, 기본적으로는 정격 용량의 60%로 설정하지만, 평일이나 휴일, 혹은 시간대에 따라, 배터리 E의 적정한 충전량을 변경할 수도 있다. 예를 들면 사무실 빌딩에서는, 출근시 등의 역행 운전의 연속이 예상되는 경우에, 배터리 E의 적정 충전량을 많게 설정하여, 보조 전원으로서의 이용을 우선하고, 반대로 점심 시간과 같은 회생 운전의 연속이 예상되는 경우에는, 배터리 E의 충전량을 낮게 억제하여 회생 동작을 우선시킨다.

또한, 역행·회생 운전이 계속된 경우라도, 방전측의 리미터의 제한값을, 배터리 E의 충전량이 그다지 변화하지 않는 값, 예를 들면 전동기 정격 전력의 30% 정도의 전력을 공급할 수 있는 값으로 설정해 둠으로써, 엘리베이터 정격 적재 시의 운전에서도 상용 전원으로부터 공급해야 할 전력을 나머지 70%로 해결할 수 있으므로, 이에 따라 전원 설비 용량을 대폭 삭감할 수 있다.

또한, 엘리베이터의 정지 중에는 충전만을 행하게 하는 등, 다양한 제어가 채용 가능하다.

상기 전원 장치에서는, 엘리베이터의 운전 중에 정전이 발생했다고 해도, 배터리로부터의 전원 공급에 의해 전동기 IM의 브레이크가 떨어지지 않도록 구성함으로써, 정전 발생 시에 엘리베이터를 가장 가까운 층상에 안전하게 정지시킬 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 본 발명을 도르래 구조의 엘리베이터에 실시하고 있지만, 이것에 한하지 않고, 예를 들면 균형추에 배터리를 탑재하여, 이 균형추 측의 시브(sheave)를 직접 구동하는 방식의 엘리베이터에 실시할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 엘리베이터에 상술한 전원 장치를 새롭게 추가 장치하는 것만으로, 큰 부하 변동에 대해서도 도 17에 도시한 바와 같이 엘리베이터의 통상 운전을 통하여 적절하게 회생 전력을 회수함과 아울러, 구동 전력을 보충할 수 있다. 따라서, 사전에 큰 전원 설비를 구비할 필요는 없으며, 전원 설비를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 회생 전력의 회수에 의해 에너지의 유효 이용이 도모되며, 효율이 향상된다. 예를 들면, 정격 적재량 600㎏, 운전 속도 60㎜/min인 엘리베이터에서의 전력 절약량을 계산하면, 연간 약 1000㎾h의 삭감이 가능하고, 이 값은 이 엘리베이터가 소비하는 총 전력량의 대강 20%에 상당한다.

또한, 배터리로서, 유해 물질을 포함하지 않고, 현재로는 최적인 니켈 수소 전지를 이용하므로, 환경 문제를 야기하지도 않는다.

제2 실시예

본 실시예는, 기본적 구성으로서 제1 실시예와 동일한 구성을 구비함과 아울러, 소정 조건 하에서 배터리를 충전 혹은 방전 상태로 유지함으로써, 용량계를 리세트 혹은 프리세트하는 구성을 구비한다.

즉, 도 4에 도시한 제어계에서, 충전 금지 스위치 S3을 오프로 설정한 상태에서, 소정 시간, 예를 들면 1 시간 간격으로 충방전 허가 스위치 S2를 온, 방전 금지 스위치 S1을 오프로 설정한 상태에서, 충방전 허가 스위치 S2를 오프, 방전 금지 스위치 S1을 온으로 설정한 상태로 전환하여, 방전측의 리미터값을 제로로 설정함으로써, 배터리 E를 충전 상태(충전 모드)로 유지한다. 또한, 엘리베이터의 정지 중에 충전 모드를 설정할 수도 있다.

그 결과, 배터리 E의 단자 전압이 충분히 높아질 때까지, 예를 들면 배터리 내부에서 가스의 발생이 시작되는 전압이 될 때까지, 배터리 E의 충전이 철저하게 행해지게 된다. 이 시점에서 용량계 Q를 100%로 프리세트한다. 이에 따라, 용량계의 누적 오차가 해소된다.

또한, 배터리의 방전 모드에 의해 용량계를 리세트할 수도 있다. 이 경우, 도 4에 도시한 제어계에서, 방전 금지 스위치 S1을 오프로 설정한 상태에서, 소정 시간, 예를 들면 1 시간 간격으로 충방전 허가 스위치 S2를 온, 충전 금지 스위치 S3을 오프로 설정한 상태에서, 충방전 허가 스위치 S2를 오프, 충전 금지 스위치 S3을 온으로 설정한 상태로 전환하고, 충전측의 리미터값을 제로로 설정함으로써, 배터리 E를 방전 상태(방전 모드)로 유지한다.

그 결과, 배터리 E의 단자 전압이 충분히 낮아질 때까지, 예를 들면 배터리의 정격 전압의 약 1/3 이하가 될 때까지, 배터리 E의 방전이 충분히 행해지게 된다. 이 시점에서, 용량계 Q를 0%로 리세트한다. 이에 따라, 용량계의 누적 오차가 해소된다.

도 10은, 배터리의 충전을 유지함으로써 용량계의 프리세트을 행하는 경우의 순서의 일례를 도시하고 있다. 우선 단계 S-21에서 유닛 전압을 입력하고, 단계 S-22에서는 유닛 전압의 최대치 max와 최소치 min의 차가 기준 전압(1)을 상회하고 있는지를 판단하고, 여기서 YES라고 판단되었을 때, 단계 S-23으로 이행하여, 리세트 충전 플래그를 세트한다.

이에 따라, 배터리의 충전이 개시된다. 계속해서, 단계 S-24에서 복수의 유닛 전압의 총 합이 기준 전압(2)을 초과하고 있는지를 판단한다. 여기서 배터리가 완전하게 충전됨으로써, YES라고 판단되었을 때는, 단계 S-25로 이행하고, 리세트 충전 플래그를 리세트한다. 이에 따라 배터리의 충전이 종료된다. 그리고, 단계 S-26에서는 용량계의 용량 메모리에 "l00%"를 저장하여, 용량계의 프리세트을 행한다.

상기 실시예에 따르면, 용량계의 계측 결과에 기초하여 엘리베이터의 통상의 운전을 행하면서 적절하게 회생 전력을 흡수함과 함께 구동 전력을 보충하면서, 용량계의 오차를 적절하게 수정할 수 있으므로, 본 발명에 따른 전원 장치의 효과를 충분히 발휘할 수 있다.

제3 실시예

본 발명은, 기본적 구성으로서 제1 실시예와 동일한 구성을 구비함과 함께, 소정의 조건 하에서 배터리를 충전 또는 방전하는 상태로 유지함으로써, 배터리를 구성하는 각 단전지의 충전량의 변동을 해소시키는 구성을 구비한다.

본 실시예에서는, 도 11에 도시한 바와 같이 각각 8개의 단전지 B로 이루어지는 복수의 유닛으로 배터리 E가 구성되어 있고, 각 유닛의 단자 전압 V1∼Vn을 검출하기 위한 절연 증폭기(31∼31n)와, 각 절연 증폭기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(32)와, A/D 컨버터(32)로부터 얻어지는 전압치 V1∼Vn에 기초하여 도 4에 도시한 각 스위치 S1∼S3을 온/오프 제어하는 마이크로 컴퓨터(33)를 구비하고 있다. 마이크로 컴퓨터(33)는 전압치 V1∼Vn을 모니터하고, 이들 전압치(예를 들면 9.6V 정도)에 임계치를 초과하는 변동(예를 들면 0.4V정도)이 생겼을 때, 도 4에 도시한 충방전 허가 스위치 S2가 온, 방전 금지 스위치 S1 및 충전 금지 스위치 S3이 오프 상태에서, 충방전 허가 스위치 S2가 오프, 방전 금지 스위치 S1이 온, 충전 금지 스위치 S3이 오프 상태로 전환한다. 이에 따라, 충전만을 행하는 충전 모드가 설정된다.

그 결과, 배터리 E를 구성하는 모든 단전지가, 각각의 단자 전압이 충분히 높아질 때까지, 철저하게 충전되어, 각 단전지의 충전량의 변동이 해소된다. 이 때, 제2 실시예와 마찬가지로 용량계 Q의 프리세트을 행하면, 용량계 Q의 누적 오차도 해소시킬 수 있다.

또한, 전압치 V1∼Vn에 변동이 생겼을 때에, 충방전 허가 스위치 S2 및 방전 금지 스위치 S1이 오프, 충전 금지 스위치 S3이 온 상태로 전환하여, 방전 모드를 설정하고, 각 단전지 혹은 각 유닛의 단자 전압이 충분히 낮아질 때까지, 예를 들면 단전지의 정격 전압의 약 1/3 이하가 될 때까지, 엘리베이터의 운전을 계속하여, 각 단전지의 방전을 완전하게 행함으로써, 각 단전지의 충전량의 변동을 해소시킬 수도 있다. 이 때, 제2 실시예와 마찬가지로 용량계 Q의 리세트를 행하면,용량계 Q의 누적 오차를 해소시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 엘리베이터의 통상의 운전을 행하면서 적절하게 회생 전력을 흡수함과 아울러 구동 전력을 보충하면서, 배터리를 구성하는 각 단전지 혹은 각 유닛의 충전량에 변동이 생긴 경우에는, 충전량을 적절하게 갖출 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 전원 장치의 효과를 충분히 발휘시킬 수 있다. 또한, 용량계의 누적 오차를 해소시킬 수도 있다.

제4 실시예

본 실시예는, 기본적 구성으로서 제1 실시예와 동일한 구성을 구비함과 아울러, 배터리의 내부 저항의 증대에 기초하여 배터리의 수명을 판정하기 위한 구성을 구비하는 것이다.

본 실시예에서는, 도 12(a), (b)에 도시한 바와 같이 배터리 E의 단자 전압(Va 또는 Vb)이 A/D 컨버터(34)를 거쳐 마이크로 컴퓨터(35)에 입력되고, 마이크로 컴퓨터에 의해 수명 판단 신호가 작성되어, 엘리베이터 제어 회로로 공급된다. 또한, 도 12에서, Ea는 배터리 E의 기전력, Ra는 배터리 E의 내부 저항, J는 정전류 I1, I2를 흘리는 정전류원이고, 전류 I1과 I2는 크기가 동일하게 흐르는 방향이 반대인 전류이다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 리미터 회로(20)의 출력단에는 통상 운전 시간과 배터리의 수명 판정 시간에서 전환되는 대기 충전 금지 스위치 S4가 접속되고, 그 스위치의 전환에 의해 통상 운전시에는 리미터 회로(20)의 출력 신호가 선택되고, 배터리 E의 수명 판정시에는 배터리 E에 정전류를 흘리기 위한 대기 충전전류 지령 I^*이 선택된다.

도 12(a), (b)로부터, 다음 수학식 1과 수학식 2가 도출되는데, 수학식 1로부터 수학식 2를 감산하여 정리하면, 수학식 3을 얻을 수 있다.

따라서, 배터리 E의 충전 시의 단자 전압 Va와 방전 시의 단자 전압 Vb를 측정함으로써, 배터리 E의 내부 저항 Ra를 구할 수 있다. 그리고, 초기 상태의 내부 저항과 현재의 내부 저항을 비교함으로써, 배터리 E의 열화 상황을 파악할 수 있다. 만약 배터리 E의 열화가 현저한 경우, 즉 배터리 E의 내부 저항이 소정치를 초과하면, 새로운 배터리로 교환한다.

도 13은, 배터리의 수명을 판정하기 위한 순서의 일례를 도시하고 있다. 우선 단계 S-31에서는 대기 충전 금지 스위치 S4를 SET 측으로 전환하고, 단계 S-32에서 대기 충전 전류 지령에 의해 배터리를 충전하고, 계속해서 단계 S-33에서는 배터리 전압 Va를 측정한다. 이어서, 단계 S-34에서는 대기 충전 전류 지령에 의해 배터리를 방전하고, 계속해서 단계 S-35에서는 배터리 전압 Vb를 측정한다. 그후, 단계 S-36에서 상기 수학식 3에 의해 내부 저항 Ra를 산출한다. 그리고, 단계 S-37에서 내부 저항 Ra가 소정치를 상회하고 있는지를 판단하고, 여기서 YES라고 판단되었을 때는, 단계 S-38에서 경고한다. 마지막으로 단계 S-39에서는, 대기 충전 금지 스위치 S4를 RESET 측으로 전환하여, 순서를 종료한다.

상기 순서에 의하면, 경고 표시에 따라 배터리를 교환함으로써, 항상 높은 에너지 효율을 유지할 수 있다.

배터리 E가 도 11에 도시한 바와 같이 각각 8개의 단전지 B로 이루어지는 복수의 유닛을 직렬로 접속한 경우에는, 유닛마다의 단자 전압을 체크하면 되며, 이에 따라, 수명 판정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 전술한 수명 판정은, 제3 실시예와 같이 각 단전지의 충전량의 변동을 해소한 후에 실시하는 것이 바람직하다.

제5 실시예

본 실시예는, 기본적 구성으로서 제1 실시예와 동일한 구성을 구비함과 아울러, 간단한 회로로 돌입 전류를 억제하기 위한 구성을 구비한다.

본 실시예에서는, 도 14에 도시한 바와 같이 상용 전원(1)의 출력단에 접속된 접점(3a)이 닫혀, 컨버터(2)로부터 인버터(3)로 전력이 공급됨과 함께, 저항 Rb를 통하여 컨덴서 C가 충전된다. 그리고, 컨덴서 C의 양단 전압이 소정의 전압되면, 제2 접촉기의 접점(2a)이 닫혀 저항 Rb를 단락하여, 엘리베이터의 운전 준비가 완료된다.

인버터(3)의 출력단 a와 전원 회로(10) 사이에는, 컨덴서 C의 양단 전압 Vab가 배터리 E의 전압보다도 낮을 때에 닫히는 출력 접점(1a)이 개재되고 있다. 또한, 인버터(3)의 출력단 a의 전압 Vab와, 배터리 E의 단자 d의 전압 Vdb는 비교기(30)에 입력되어 있고, Vab≥Vdb일 때, 하이 레벨의 신호를 출력함으로써, 그 신호에 의해 전원 장치(10)의 출력 접점(1a)을 폐루프로한다.

이와 같이, 인버터(3)의 입력 전압 Vab가 배터리 E의 전압 Vdb보다도 높아졌을 때에 출력 접점(1a)이 닫히기 때문에, 배터리 E에서 다이오드 D1을 통하여 컨덴서 C를 충전하는 돌입 전류가 억제된다. 따라서, 다이오드 D1이 큰 돌입 전류에 의해 파괴될 우려가 없다.

또한, 도 15에 도시한 바와 같이 출력 접점(1a)에 병렬로 저항 Ra를 접속하고, 컨덴서 C를 저항 Ra를 통하여 사전에 충전해 두고 출력 접점(1a)을 닫음으로써도, 돌입 전류를 억제할 수 있다.

Claims

상용 전원과, 상기 상용 전원으로부터의 전력에 의해 동작하여 교류 전력을 발생시키는 인버터와, 상기 인버터가 발생하는 교류 전력에 의해 구동되는 전동기를 구비한 교류 엘리베이터에 있어서,

충전이 가능한 배터리와,

상기 배터리에 충전과 방전을 행하기 위한 충전/방전 회로와,

상기 충전/방전 회로의 동작을 제어하여, 인버터에 대한 입력 전압을 제어하는 제어 회로

를 포함하고,

전동기로부터의 회생 전력에 의해 배터리를 충전함과 함께, 상기 배터리의 발생 전력을 상기 인버터로 공급하는 것을 특징으로 하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항에 있어서,

상기 배터리는 니켈 수소 전지로 구성되는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

복수의 전동기로 교류 전력을 공급하기 위한 복수의 인버터가 상호 병렬로 접속되어 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 회로는 상기 인버터의 입력 전압을 일정하게 제어하는 전압 제어 수단을 구비하고 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 충전/방전 회로는,

충전 회로를 폐루프로하기 위한 충전 제어 소자와,

방전 회로를 폐루프로하기 위한 방전 제어 소자

를 포함하고,

상기 제어 회로에 의해 충전 제어 소자 및 방전 제어 소자의 온/오프가 제어되는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제5항에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 충전 제어 소자와 상기 방전 제어 소자를 교대로 온하여, 상기 배터리에 충전과 방전을 교대로 행하게 하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제6항에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 충전 제어 소자의 온 시간과 상기 방전 제어 소자의온 시간을 상대적으로 변화시킴으로써, 충전 회로에 의한 충전과 방전 회로에 의한 방전의 우열을 결정하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제7항에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 배터리의 충전 상태에 따라, 충전과 방전의 우열을 결정하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제7항에 있어서,

상기 제어 회로는, 엘리베이터의 운전 상태에 따라, 충전과 방전의 우열을 결정하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 배터리의 충전량을 적정량으로 유지하기 위한 충전량 제어 수단을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제10항에 있어서,

상기 배터리의 충전량의 적정량은, 상기 배터리의 정격 용량의 60% 정도인 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제10항에 있어서,

상기 배터리의 충전량의 적정량은, 전동기의 정격 전력의 30% 정도의 전력을 공급할 수 있는 전력량인 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 배터리의 방전을 규제하기 위한 방전 규제 수단과, 상기 배터리의 충전을 규제하기 위한 충전 규제 수단을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제13항에 있어서,

상기 제어 회로의 상기 충전 규제 수단은, 상기 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 80% 정도를 상회할 때, 그 배터리로의 충전을 저지함으로써, 과충전을 방지하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제13항에 있어서,

상기 제어 회로의 상기 방전 규제 수단은, 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 30% 정도를 하회했을 때, 상기 배터리로부터의 방전을 저지함으로써, 과방전을 방지하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제13항에 있어서,

상기 제어 회로의 상기 방전 규제 수단은, 엘리베이터의 운전이 정지 중인경우에는, 상기 배터리로부터의 방전을 저지하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제13항에 있어서,

상기 제어 회로의 상기 충전 규제 수단 및 상기 방전 규제 수단은, 상기 인버터의 입력 전압과 상기 전압 지령과의 편차에 대하여 제한을 가하는 리미터 회로에 의해 구성되는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제17항에 있어서,

상기 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 80% 정도를 상회할 때, 상기 리미터 회로는 충전측의 리미터값이 제로로 설정되는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제17항에 있어서,

상기 배터리의 충전 상태가 정격 용량의 30% 정도를 하회했을 때, 상기 리미터 회로는 방전측의 리미터값이 제로로 설정되는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제17항에 있어서,

엘리베이터의 운전이 정지 중일 때, 상기 리미터 회로는 방전측의 리미터값이 제로로 설정되는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 회로는, 소정 조건하에서 상기 배터리의 방전을 저지하기 위한 방전 저지 수단을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 회로는 소정 조건하에서 상기 배터리의 충전을 저지하기 위한 충전 저지 수단을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 소정 조건으로서, 일정한 시간 간격이 설정되어 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 소정 조건으로서, 소정 기간이 설정되어 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 소정 조건으로서, 특정한 요일 혹은 특정한 시간대가 설정되어 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 소정 조건으로서, 엘리베이터의 운전이 정지 중인 것이 설정되어 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 배터리는 복수의 단전지를 1 유닛으로 하는 복수의 유닛의 조합으로 이루어지며, 상기 소정 조건으로서, 각 단전지 혹은 각 유닛의 충전량에 임계치를 초과하는 변동이 생긴 것이 설정되어 있는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제21항에 있어서,

상기 제어 회로는, 배터리의 충전 완료 시에, 배터리의 용량을 측정하기 위한 용량 측정 수단을 프리세트하는 수단을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제22항에 있어서,

상기 제어 회로는 상기 배터리의 방전 완료 시에, 배터리의 용량을 측정하기 위한 용량 측정 수단을 리세트하는 수단을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 회로는, 소정 조건 하에서 상기 배터리로부터의 방전을 일정 전류 제어로 전환하는 한편, 상기 배터리로의 대한 충전을 일정 전류 제어로 전환하는 수단과, 방전 시의 상기 배터리의 단자 전압과 충전 시의 상기 배터리의 단자 전압에 기초하여 상기 배터리의 내부 저항을 검출하는 수단을 포함하고, 상기 내부 저항의 변화로부터 상기 배터리의 수명 판정을 행하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인버터의 입력단과 상기 제어 회로 사이에 개재하는 개폐 제어 가능한 출력 접점과,

상기 인버터의 입력 전압과 상기 배터리의 단자 전압을 비교하는 비교기와,

상기 입력 전압이 상기 단자 전압을 상회할 때에 상기 출력 접점을 닫는 제어 수단

을 포함하는 교류 엘리베이터의 전원 장치.