KR920003688B1 - 교류엘리베이터 제어장치 - Google Patents

교류엘리베이터 제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

교류엘리베이터 제어장치
제 1 도는 이 발명의 한 실시예를 표시한 회로도.
제 2a 도는 제 1 도에서 사용되는 제동측전류지령발생기의 상세한 것을 나타내는 도면.
제 2b 도는 제 2a 도중 정현파발생기의 회로도.
제 3 도는 제 2 도에서 사용되는 증폭기의 특성도.
제 4 도는 종래의 교류엘리베이터의 제어장치를 표시한 회로도.
제 5 도는 제 4 도의 동작원리를 설명하기 위한 유도전동기의 간이동가회로도.
제 6 도는 엘리베이터의 기계시스템 특히, 로프계의 전달함수를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 비교기 8 : 가변주파수전원
9 : 유도전동기 11 : 엘리베이터카
15 : 전류검출기 16 : 제동측전류지령 발생기
이 발명은 엘리베이터카(이하 카로 약칭한다)를 승강시키는 유도전동기를 가변주파수전원에 의하여 구동되도록 한 교류엘리베이터제어장치에 관한 것이다. 교류엘리베이터는 카를 구동시키는 전동기로서 유도전동기를 사용하며, 이 유도전동기에 가변주파수전원의 출력을 공급시킴으로써 슬립주파수를 가변시켜 토크(torque)제어를 하는 것이지만, 이 경우 교류엘리베이터에 있어서는 유도전동기의 제동시 유도전동기에 회생전력이 발생하지 않도록 유도전동기에 가하는 전원의 주파수와 전류를 제어하는 방법이 제안되어 있다.
제 4 도, 제 5 도는 일본국 특개소61-224888호 공보에 표시된 상기 종래의 교류엘리베이터제어장치의 회로도 및 상기 회생전력의 발생방지법을 설명하기 위한 유도전동기의 간이등가회로도이다.
우선, 제 5 도에 있어서, l1, l2는 1차 및 2차측에 있어서의 누설 인덕턴스, R1,R2는 1차 및 2차측에 있어서의 저항, s는 슬립(Slip), V,I는 유도전동기에 가해지는 전압 및 이것에 흐르는 전류이다.
여기에서 슬립 S를 S=-R2/R1...(1)라 하면, 기계입력 Pm는
Figure kpo00001
단, m는 상수(相數)로 되며 유도전동기에 있어서 소비되는 전격PE가
PE=(R1+R2)I2…………………………………………………………………(3)
이므로 기계입력과 유도전동기내에 있어서의 소비전력이 동일하게 된다.
따라서, 상기 (1)식을 만족시키는 슬립상태에서 운전하면, 유도전동기로부터는 회생전력이 발생하지 않으며 또 전력의 공급도 불필요하게 된다.
한편, 유도전동기의 발생토크 R는 로터의 회전각속도를 ωr, 입력주파수를 ωo, 극짝수를 p라 하면
Figure kpo00002
여기에서 상기 (1)식을 (4)식에 대입시키면,
Figure kpo00003
또 (1)식을 (5)식에 대입시키면,
Figure kpo00004
즉, 입력주파수 ωo를 (7)식을 만족시키는 상태에서 제어하면, 유도전동기에서는 회생전력을 발생하지 않고 또 이때의 토크 T는 (6)식과 같이 주어진다.
제 4 도는 상기 제어방법을 구체화시킨 것으로써 도면에 있어서, 1은 속도지령신호 ωp에서 후술하는 속도발전기(14)에서 출력되는 실속도신호 ωr를 감산하는 감산기, 2는 감산기의 출력신호를 보상하는 제어보상기, 3은 역행측전류지령발생기로서 상기 제어보상기(2)에서 출력되는 토크지령신호 T와 실속도신호 ωr를 입력함으로써 역행운전시의 전류지령치 IA를 출력시킨다.
4는 제동측전류지령발생기인데, 토크지령신호 T와 실속도신호 ωr를 입력함으로써 제동시의 전류지령치 IB를 출력한다.
5는 역행운전시의 전류지령치 IA 또는 제동시의 전류지령치 IB를 선택하는 스위치인데, 제어보상기(2)에서 출력되는 토크지령신호 T의 극성에 따라 전환된다. 6은 상기 스위치(5)에 의하여 선택된 전류지령치 IA 또는 IB에서 후술하는 전류검출기(15)로부터 출력되는 전류치를 감산하는 감산기, 7은 이 감산기(6)의 출력신호를 입력하여 펄스폭변조는 펄스폭변조기, 8은 펄스폭변조기의 출력에 의하여 제어되는 인버터이며, 가변전압, 가변주파수전원이 되어 유도전동기(9)를 구동시킨다.
10은 유도전동기(9)에 의하여 회전구동되는 활차인데, 양단에 카(11)와 균형추(12)가 고정된 와이어(13)가 감겨져 있다.
14는 상기 유도전동기(9)의 회전속도를 검출하는 속도발전기, 15는 유도전동기(9)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기이다.
상기와 같이 구성된 교류엘리베이터의 제어장치에 있어서, 속도지령신호 ωp에서 실속도신호 ωr를 감산하는 감산기(1)의 출력신호를 입력으로 하는 제어보상기(2)에서 출력되는 토크지령신호 T가 (+), 즉 역행토크를 발생시키는 경우에는 이 토크지령신호 T와 실속도신호 ωr를 입력으로 하는 역행측전류지령발생기(3)에서 발생되는 전류지령치 IA를 스위치(5)가 선택한다. 그리고 이 스위치(5)를 경유한 출력신호는 감산기(6)에 있어서 전류검출기(15)의 출력신호와의 감산이 행하여진후에 즉 실전류와 비교에 있어서 필요한 전류지령을 펄스폭변조기(7)에서 공급한다. 펄스폭변조기(7)는 필요로 하는 전류지령에 따라 인버터(8)를 제어함으로써 인버터(8)에서 유도전동기(9)에 공급하는 전류를 최적하에 제어하여 발생토크를 제어하고 있다.
다음, 제어보상기(2)에서 발생되는 토크지령신호 T가 (-)가 되는 제어토크의 발생시에는 실속도신호 ωr에서 상기 (7)식에 의하여 속도지령신호 ωo가 구해진다.
한편, 토크지령신호 T에서는 상기 (6)식에서
Figure kpo00005
를 구한다.
따라서, 제동측전류지령발생기(4)는 (7)식, (8)식에서 구한 전류지령치 IB를 발생시키며, 스위치(5)를 통하여 감산기(6)에 공급된다. 감산기(6)에 있어서, 전류지령치 IB와 전류검출기(15)에서 공급되는 실측치의 차이분을 펄스폭변조기(7)를 통하여 인버터(8)에 공급하며 이 인버터(8)에 의하여 유도전동기(9)에 공급하는 전류치를 목표치로 제어하고 있다.
그런데, 상기 종래의 제어장치에 있어서 토크지령신호 T가 역행측에서 제동측으로 이행하였을때 유도전동기(9)의 입력주파수 ωo를 상기 (7)식에 표시한 값으로 변화시키면 유도전동기(9)는 과도적인 토크리플을 발생시키며 이 리플주파수는 다음식으로 표시되는 유도전동기(9)의 슬립주파수 ωs와 같아진다.
ωs=ωo-pωr …………………………………………………………………(9)
이 (9)식에 상기 (7)식을 대입시키면
Figure kpo00006
가 된다.
이하, 토크리플주파수가 이 슬리프주파수 ωs와 같아지는 이유에 관하여 설명한다. 엘리베이터카형 유도전동기의 기본방정식은 고정자에 고정된 직축(直軸) d-횡축 q의 좌표계에 있어서는 아랫식과 같이 표현된다.
Figure kpo00007
단, vds : 1차 d축 전압, vqs : 1차 q축 전압,
ids : 1차 d축 전류, iqs : 1차 q축 전류,
idr : 2차 d축 전류, iqr : 2차 q축 전류,
R1: 1차 저항, R2: 2차 저항,
L1: 1차 자기인덕턴스, L2: 2차 자기언덕턴스,
M : 1차 2차상호 인덕턴스, P : 미분연산자(=d/dt),
: 극짝수, ωr : 로터의 회전각속도.
또 , 발생토크 T는
T=p(
Figure kpo00008
2q idr-
Figure kpo00009
2d iqr) ………………………………………(12) 로 표시된다.
여기에서
Figure kpo00010
2d,
Figure kpo00011
2q는 d축, q축의 2차 자속이며 다음식과 같이 된다.
Figure kpo00012
2d=Mids+L2idr …………………………………………………(13)
Figure kpo00013
2q=Miqs+L2iqr …………………………………………………(14)
이 (13)식, (14)식을 상기 (11)식의 3행째, 4행째에 대입시켜 idr, iqr를 소거하면,
(R2+PL2)
Figure kpo00014
2d-MR2ids+ω2L2
Figure kpo00015
2q=0 ………………………(15)
(R2+PL2)
Figure kpo00016
2q-MR2iqs+ω2L2
Figure kpo00017
2d=0 …………………………(16)
마찬가지로 (13)식, (14)식을 (12)식에 대입시키면
Figure kpo00018
간단화하기 위하여 토크지령신호 T가 역행축에서 제동축으로 절환된 직후의 1차전류 iu, iv, iw는 각각
Figure kpo00019
라 하면, d축, q축 1차 전류, id, iq는 각각 다음식과 같이 된다.
Figure kpo00020
이 (19)식에서 절혼직후의 전동기회전 각속도가 일정한 조건에서 상기 (15), (16)식의 미분방정식을 풀면
Figure kpo00021
2d,
Figure kpo00022
dq는 다음식과 같이 된다.
Figure kpo00023
단, ωo ; pωr ……………………………………………………………………(22)
K1~K2: 정수
Figure kpo00024
2d(0) : 절환직전의 d축 2차 자속
Figure kpo00025
2q(0) : 절환직전의 q축 2차 자속
(20), (21)식을 상기 (17)식에 대입시키면,
토크 T는,
Figure kpo00026
단, K6~k9: 정수
ωs : 슬립각 주파수(=ωo-pωr)로 되며 이 (23)식에서 명백한 바와 같이 전동기발생토크에서 슬립각 주파수 ωs와 동일한 주파수의 토크리플이 과도적으로 발생하는 것을 알 수 있다.
그런데, 제동시의 슬립각 주파수 ωs는 상기(10)식에서 주어지지만, 예컨대 각도 60m/min분의 엘리베이터에 있어서는 전속력시의 전동기 회전속도가 1800rpm이라고 하면 전속력시에 역행에서 제동으로 절환된 경우 ωs의 절대치는 p=2의 전동기에서는
Figure kpo00027
로 된다.
즉, 이 전동기는 30Hz의 토크리플을 발생하게 된다.
그런데, 일반적으로 엘리베이터의 기계시스템 특히 로프계의 전달함수는 제 6 도와 같이 표시된다.
즉, ω(=2πf)/T를 종축에 dB를 표시하고 횡측에 주파수를 잡은 것이지만, 이 도면에서 주파수 f가 낮은 영역에서는 게인(gain)이 높고, f가 높은 영역에서는 낮은 것을 알 수 있다.
그러나, 30Hz 정도의 진동은 게인이 그만큼 낮지않기 때문에 카내에 진동이 전달되어 탑승감을 나쁘게 하는 결과가 된다.
이 발명은 상기와 같은 문제를 해소시키기 위하여 발명된 것으로서 역행에서 제동으로의 절환시 카내에 불쾌한 진동이 생기지 않는 교류엘레베이터제어장치를 얻는데 그 목적이 있다.
이 발명의 교류엘리베이터제어장치는 역행에서 제동으로의 절환시 유도전동기의 1차전류주파수를 상기 (7)식에서 표시된 값보다 작게끔 한 것이다.
즉, 제동으로의 절환후의 주파수를 유도전동기로의 기계입력과 유도전동기의 내부 소비전력이 같게 되는 주파수 보다도 낮게끔 한 것이다.
이 발명에 있어서의 교류엘리베이터제어장치는 제동으로의 절환후의 주파수를,회생전력이 전동기 내부에서 소비되는 주파수보다도 낮게함으로써 슬립주파수를 기계계와 공진하지 않는 값으로 하며 이에따라 카내의 진동을 효과적으로 하였다. 제 1 도는 이 발명의 한 실시예를 나타내는 회로도인데, 상기한 제 4 도와는 제동측전류지령발생기(16)가 상이할 뿐이고 (1)~(3), (5)~(15)는 종래와 동일한 것이다. 전류지령발생기는 마이크로프로세서의 연산에 의하여 간단히 실현되나, 이 실시예에서는 마이크로프로세서이외의 것으로 구성하는 경우를 설명한다. 제 2 도는 제 1 도중의 제동측전류지령발생기(16)의 상세한 도면인데, 제 2a 도에서, 161은 카의 속도지령을 발생하는 속도지령발생장치(도시생략)와 유도전동기의 회전속도를 검출하는 속도발전기(검출기)(14)의 신호에 기준하여 유도전동기의 토크지령을 발생하는 예를들면 감산기(1) 및 제어보상기(2)로 된 속도제어장치로부터의 토크지령신호 T에 의하여 1차전류진폭지령 f(T)를 발생하는 전류진폭발생장치인 함수기, 162는 속도발전기(검출기)(14)로부터의 실속도신호 ωr가 입력되는 게인이
Figure kpo00028
로 표시되는 증폭기, 163은 역행에서 제동으로 절환직후는 게인 K(t)가 1이하이며 시간경과와 더불어 게인이 1로 근접하는 증폭기로서 상기 162, 163은 주파수지령발생장치이다. 이들 161~163은 연산증폭기에 의하여 실현되며 제 3 도는 그 특성을 표시한다. 164는 상기 전류지령발생장치(161)의 주파수지령발생장치(162)(163)로부터의 신호에 기준하여 정현파의 3상전류지령을 발생하는 정현파 발생장치(기)이다.
정현파 발생기(163)의 회로도를 제 2b 도에 표시한다.
제 2b 도에서, 21은 V/F 컨버터이며, 입력전압에 비례한 주파수(F)의 펄스를 발생한다. 이 펄스는 2진 카운터(22)에 입력되어 카운트된다. 이 신호는 어드레스 신호로서 ROM(23)(24)에 입력된다.
ROM(24)에는 정현파데이터가 기억되어 있으며 어드레스신호가 정현파의 위상신호로서 사용된다.
그리고, ROM(22)(23)에는 위상차로서 120도의 다른 데이터가 기억되며, 이 ROM(23)(24)의 데이터 출력은 함수기(161)로부터의 1차전류진폭지령 f(T)와 더불어 곱셈형의 D/A 컨버터(25)(26)로 입력되고, 진폭지령치와 ROM 출력치의 곱셈한 값이 D/A 컨버터로부터 출력된다. 이들 값은 u상, v상 전류지령 Iu,Iv가 된다.
한편 상전류지령 Iw는 Iw*=-(Iu*+Iv*)의 관계가 있으므로 연산증폭기(27)에서 연산되어 출력된다.
상기 실시예에 있어서 1차 전류주파수 ωo는 다음식과 같이 된다.
Figure kpo00029
이때, 슬립각 주파수 ωs의 절대치는
Figure kpo00030
여기에서, K(t)를 제 3 도에 표시한 것과 같은 특성으로 설정하면 역행에서 제동으로의 절환직후의 ｜ωs ｜는 K(t)가 1일때의 값보다 크며 예컨대 K(0)=0로 하였을 때 ｜ωs ｜ =pωr…(26)로 된다.
그런데, 제 6 도에서 설명한 바와 같이 기계제의 게인은 주파수가 높은 영역에서는 작으므로 종래예에서는 30Hz의 토크리플을 발생시켜 카에 진동이 전달되었는데 대하여, 이 발명에 의하며 상기 (26)식에서 표시한 것과 같이 K(0)=0로 하였을때 60Hz의 토크리플을 발생시키지만, 이것은 카내에 진동으로서 전달되지 않는다.
또 (24)식에서 표시한 것과 같이 K(t)
Figure kpo00031
1의 조건을 충족시키게 되면 유도전동기의 기계입력은 전부 전동기내부에서 소비되지만, K(t)＜1의 범위에서는 전도익에 여분으로 전력을 소비시키기 때문에 전동기의 발열이라는 점에서 바람직하지 못하다. 즉, K(t)=1일때 결국
Figure kpo00032
일때 전동기의 기계입력이 전동기의 내부소비량과 동일하게 되며(이 상태를 임계상태라 부른다), O가 이것보다 크면 전동기의 내부소비전력이 기계입력보다 작아져서 전력이 회생되며, O가 작으면 반대로 내부소비전력이 커져서 전동기의 발열이 커진다.
여기에서 제동으로의 절환직후는 K(t)＜1의 범위로 하여 시간경과와 더불어 K(t)=1로 되돌아오게 하면 된다.
이렇게하여도 전동기의 토크리플이 (23)식에서 표시한 것과 같이
Figure kpo00033
의 지수함수항에 의하여 감소되기 때문에 카내로 진동이 전달될 염려는 없다.
이상과 같이 이 발명에 의하면 역행에서 제동으로의 절환후에 있어서 유도전동기로의 1차전류주파수를 유도전동기가 회생전력을 발생하지 않는 임계의 주파수보다도 더욱 낮게 하였으므로 카에 불쾌한 진동이 전달되지 않도록 할 수 있다.

Claims (2)

  1. 직류전원에 인버터를 접속하여서 직류전력을 교류전력으로 변환하고 이 교류전력에 의하여 유도전동기를 구동하여서 카를 운전하는 엘리베이터의 제어장치에 있어서, 카의 속도지령을 발생하는 속도지령발생장치와 유도전동기의 회전속도를 검출하는 속도검출기의 신호에 기준하여 유도전동기의 토크지령을 발생하는 속도제어장치와 ; 상기 토크지령 및 속도검출기의 신호에 기준하여 유도전동기에 공급하는 전류의 주파수지령 및 전류진폭지령을 발생하는 주파수지령발생장치와 전류진폭지령발생장치, 상기 주파수지령발생장치와 전류진폭지령발생장치의 신호에 기준하여 3상 정현파 전류지령을 발생하는 정현파 발생장치로 구성된 제어측 전류지령발생장치를 구비하고, 상기 주파수지령발생장치는 유도전동기를 역행에서 제동으로 절환시 이 유도전동기로부터 회생전력이 발생하지 않는 임계주파수보다도 낮은 주파수지령을 발생하는 것을 특징으로 하는 교류엘리베이터제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 주파수지령발생장치가 발생하는 주파수지령을 유도전동기를 역행에서 제동으로 절환후, 시간 경과와 더불어 임계주파수로 복귀시키도록 한 것을 특징으로 하는 교류엘리베이터제어장치.
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