KR100948519B1

KR100948519B1 - 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템

Info

Publication number: KR100948519B1
Application number: KR1020070109719A
Authority: KR
Inventors: 김장식; 최윤영
Original assignee: 현대엘리베이터주식회사
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2010-03-23
Also published as: CN101488728A; KR20090043913A

Abstract

본 발명은 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에 관한 것으로, 새로운 방식의 컨버터 회로를 통해 전체 시스템에서 대용량의 전해 커패시터를 제거함에 따라, 초기 충전회로가 불필요하도록 하고 직류 리액터(DC REACTOR)와 제동저항을 없앰과 동시에 에너지 회생이 가능한 4상한(4 Quadrant) 교류전동기 제어시스템을 통해 고효율 및 소형화가 가능한 저가의 엘리베이터 구동시스템을 구현할 수 있도록 한 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템을 제공하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템은, 전원부의 3상 입력전원으로부터 직류 전원을 얻은 후 인버터를 매개로 교류 전동기를 구동하기 위한 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에 있어서; 상기 전원부에는 전류의 고조파 성분을 감쇄시키기 위한 필터부가 구성되고; 상기 필터부와 교류 전동기의 구동을 위한 모터부 사이에는 한 쌍의 3상 컨버터가 직렬로 연결되어 구성되되; 전원 입력단의 회로는 양방향 정류 회로로 이루어지고, 출력단의 회로는 전압형 인버터로 이루어져, 상기 전원부로부터의 전원은 다이오드를 매개로 모터부 측으로 전달됨과 아울러 모터부로부터의 에너지는 능동 스위치를 매개로 전달되어 전원으로 회생되도록 구성된다.

엘리베이터, 구동모터, 컨버터, 인버터, 전해 커패시터, 양방향 정류 회로

Description

전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템{ELEVATOR DRIVING INVERTER SYSTEM WITHOUT ELECTROLYTIC CAPACITOR}

본 발명은 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 방식의 컨버터 회로를 통해 전체 시스템에서 대용량의 전해 커패시터를 제거하므로서, 초기 충전회로가 불필요하게 하고 직류 리액터(DC REACTOR)와 제동저항을 없앰과 동시에 에너지 회생이 가능한 4상한(4 Quadrant) 교류전동기 제어시스템을 구현할 수 있도록 한 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 엘리베이터 교류전동기의 제어시스템에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이, 3상 다이오드 정류회로(20)를 이용하여 전원부(10)로부터의 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 인버터(30)를 이용하여 전동기의 모터부(40)를 구동하는 방식을 사용하였다.

이때, 상술한 바와 같은 방식은 다이오드 정류회로의 특성상 에너지의 회생이 불가능하므로 제동저항(50)을 반드시 필요로 하게 되는 한편, 인버터(30)에서 회생되는 순시 에너지의 흡수를 위해 리액티브(Reactive) 에너지 저장 소자로 직류 단(DC Link)에 대용량의 전해 커패시터(60)를 사용하게 된다.

그러나, 상기 전해 커패시터(60)는 그 자체의 수명 문제와 더불어 입력 전원단 전류의 고조파를 증대시키는 문제점을 발생시키게 되며, 또한 초기 충전전류를 억제하기 위해 초기충전 회로(70)를 필수적으로 수반하게 되는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 상기 초기충전 회로(70)에 의해 제품의 가격이 상승하고 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생하게 되었으며, 전류의 고조파 억제를 위해 사용되는 직류 리액터(DC Reactor) 역시 전압강하 및 인버터 효율을 저하시키는 문제점을 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출되어진 것으로, 본 발명은 새로운 방식의 컨버터 회로를 통해 전체 시스템에서 대용량의 전해 커패시터를 제거함에 따라, 초기 충전회로가 불필요하도록 하고 직류 리액터(DC REACTOR)와 제동저항을 없앰과 동시에 에너지 회생이 가능한 4상한(4 Quadrant) 교류전동기 제어시스템을 통해 고효율 및 소형화가 가능한 저가의 엘리베이터 구동시스템을 구현할 수 있도록 한 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템은, 전원부의 3상 입력전원으로부터 직류 전원을 얻은 후 인버터를 매개로 교류 전동기를 구동하기 위한 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에 있어서; 상기 전원부에는 전류의 고조파 성분을 감쇄시키기 위한 필터부가 구성되고; 상기 필터부와 교류 전동기의 구동을 위한 모터부 사이에는 한 쌍의 3상 컨버터가 직렬로 연결되어 구성되되; 전원 입력단의 회로는 양방향 정류 회로로 이루어지고, 출력단의 회로는 전압형 인버터로 이루어져, 상기 전원부로부터의 전원은 다이오드를 매개로 모터부 측으로 전달됨과 아울러 모터부로부터의 에너지는 능동 스위치를 매개로 전달되어 전원으로 회생되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전원부의 출력단에는 전원 전압을 측정하여 스위칭 신호를 발생시키기 위한 보조 다이오드 정류기가 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 양방향 정류 회로의 출력단에는 DC-Link 전압의 스파크성 전압 변동을 억제하기 위한 소용량 스너버 커패시터가 구성된 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 양방향 정류 회로를 포함하는 컨버터 회로를 통해 엘리베이터의 전동기 구동 시스템에서 대용량의 전해 커패시터를 제거할 수 있는 효과가 있게 되며, 이에 따라 초기 충전회로가 불필요하도록 하고 직류 리액터(DC REACTOR)와 제동저항을 없앰과 동시에 에너지 회생이 가능한 4상한(4 Quadrant) 교류전동기 제어시스템을 제공할 수가 있으므로, 엘리베이터 구동시스템의 고효율화 및 소형화, 저가격화 등을 달성할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

또한, 상기 시스템은 엘리베이터의 전동기 구동 시스템 이외에도 가정에서의 에어컨이나 냉장고, 사무용 빌딩에서의 냉난방 공조시스템, 산업현장에서의 산업용 로봇 및 공장자동화 관련기기, 기중기, 전동차, 고속전철 등과 같은 다양한 분야의 전동기 구동 시스템에도 적용시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있는 것이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 도를 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템을 나타내는 회로 구성도, 도 3 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에서 AC/DC 컨버터를 구성하는 양방향 정류 회로의 스위칭 파형을 나타내는 도면, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에서 보조 다이오드 정류기의 센싱 신호에 따른 양방향 정류 회로의 동작상태를 나타내는 도면, 도 5는 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에서 AC/DC 컨버터를 구성하는 양방향 정류 회로의 등가회로를 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템은, 3상 입력전원이 입력되는 전원부(100)와, 상기 전원부(100)의 3상 입력전원을 필터링 하는 필터부(200)와, 상기 필터부(200)에 연결되는 한 쌍의 3상 컨버터(300,400) 및, 상기 전원부(100)의 출력 전압을 측정하여 스위칭 신호를 발생시키는 보조 다이오드 정류기(600)를 포함하여 구성되어, 상기 전원부(100)로부터의 전원이 다이오드를 매개로 모터부(500) 측으로 전달되어 전동기를 구동시키도록 이루어지는 한편, 엘리베이터의 회생 운전 시에는 상기 전동기 모터부(500)의 에너지가 능동 스위치를 매개로 전원으로 회생되도록 이루어지게 된다.

즉, 상기 전원부(100)는 외부로부터의 3상 입력전원을 시스템에 공급하게 되며, 상기 필터부(200)는 상기 전원부(100)의 출력단에 구비되어 전류의 고조파 성분을 감쇄시키도록 구성된다.

그리고, 상기 한 쌍의 3상 컨버터는 양방향 정류 회로(300) 및 전압형 인버 터(400)로 구성되는데, 상기 양방향 정류 회로(300)는 상기 필터부(200)로부터 필터링 되어 출력되는 전원을 상기 보조 다이오드 정류기(600)의 스위칭 신호에 따라 선택적으로 스위칭 하여 상기 인버터(400)를 매개로 모터부(500) 측으로 출력시키도록 구성된다.

또한, 상기 3상 컨버터로 이루어진 양방향 정류 회로(300)는 능동스위치(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 이루어져 상기 엘리베이터 전동기의 모터부(500) 구동에 따라 발생되는 에너지를 상기 능동 스위치를 매개로 전달하여 전원으로 회생시키도록 구성된다.

즉, 상기 전원부(100)의 출력단에 구성되는 상기 보조 다이오드 정류기(600)는 상기 전원부(100)의 전압을 측정하여 센싱신호를 생성한 후, 그에 따른 신호를 양방향 정류 회로(300) 측으로 전달하여 상기 전원부(100)로부터의 전원이 모터부(500) 측으로 전달되거나 또는 상기 모터부(500)로부터의 에너지가 회생되도록 하는 제어신호를 인가하게 되는 것이다.

또, 상기 양방향 정류 회로(300)의 출력단에는 소용량 스너버 커패시터(310)가 구비되는데, 상기 소용량 스너버 커패시터(310)는 DC-Link 전압의 스파크성 전압 변동을 억제하는 역할을 하게 된다.

이어, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대해 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시 스템은 상기 전원부(100)의 출력단에 연결된 보조 다이오드 정류기(600)로부터의 센싱 신호에 따라 상기 양방향 정류 회로(300)의 능동스위치(IGBT)가 선택적으로 제어되면서 상기 전원부(100)의 전원을 엘리베이터 전동기의 모터부(500) 측으로 전달하는 모터링(Motoring) 동작이 이루어지거나 상기 모터부(500)의 에너지가 전원으로 회생되는 제너레이팅(Generation) 동작이 이루어지게 된다.

즉, 상기 보조 다이오드 정류기(600)는 각 다이오드가 도통되는 시점에서 포토 커플러의 입력 다이오드가 같이 도통되면서 결국 다이오드 정류기의 각 다이오드가 도통되는 신호가 해당하는 포토 커플러 출력을 통해 나타나게 되는데, 이 신호를 상기 양방향 정류 회로(300)의 스위칭 신호로 이용되게 되는 것이다.

이때, 상기 AC/DC 컨버터를 구성하는 양방향 정류 회로(300)의 스위치는 도 3에 도시된 바와 같이, 같은 3상 전원에 물려 있는 3상 다이오드 정류기의 도통에 맞춰 온.오프 되게 된다.

도 3에서 (a)는 전원전압을 나타내고, (b)는 A상 상단스위치를 나타내며, (c)는 A상 하단스위치를 나타낸다.

한편, 상기 보조 다이오드 정류기(600)의 센싱 신호에 따른 상기 양방향 정류 회로(300)의 동작을 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하면, 상기 양방향 정류 회로(300)를 구성하는 능동스위치(IGBT)의 각 게이트 스위치번호는 각각 1번 내지 6번으로 구성된 상태에서 각각의 게이트 스위치번호 1번과 4번, 2번과 5번, 3번과 6번은 한 쌍을 이루게 된다.

또한, 상기 쌍으로 이루어진 게이트 스위치번호 1번과 4번, 2번과 5번, 3번 과 6번은 각각 상기 전원부(100)로부터 공급되는 3상 입력전원 Ea, Eb, Ec에 대응되게 연결된 후, 상기 보조 다이오드 정류기(600)를 통해 소정 센싱신호를 인가받게 된다.

즉, 상기 전원부의 전원 Ea의 센싱값이 플러스(+)인 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 보조 다이오드 정류기(600)의 센싱 신호에 따라 상기 양방향 정류 회로(300)는 게이트의 1번 스위치가 온(ON)가 상태로 제어되어 상기 양방향 정류 회로(300)가 3상 다이오드 정류기와 같이 동작하면서 전원부(100)의 전원을 엘리베이터 전동기의 모터부(500) 측으로 전달하여 모터링(Motoring) 동작을 수행하게 되는 것이다.

이에 반해, 상기 전원부(100)의 전원 Ea의 센싱값이 마이너스(-)인 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 보조 다이오드 정류기(600)의 센싱 신호에 따라 상기 능동 스위치(IGBT)로 이루어진 양방향 정류 회로(300)는 상기 4번 스위치가 온(ON) 상태가 되도록 제어되어 상기 모터부(500)의 에너지가 전원부(100) 측으로 회생되는 제네레이팅(Generating) 동작을 수행하게 되는 것이다.

이때, 상기 AC/DC 컨버터 기능을 수행하는 양방향 정류 회로(300)의 동작을 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력되는 전원 한주기에 대해 6번의 리플을 갖는 등가회로로 구성할 수가 있게 된다.

한편, 상기 전원부(100)의 다른 3상 입력전원인 Eb 및 Ec 또한 상술한 Ea와 동일하게 제어가 이루어지게 되는데, 즉 상기 보조 다이오드 정류기(600)의 센싱 신호에 따라 양방향 정류 회로(300)의 게이트 2번, 3번 스위치 및 5번, 6번 스위치 가 선택적으로 온(ON) 상태로 전환되면서 모터링(Motoring) 동작이나 제너레이팅(Generation) 동작을 수행하게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 능동 스위치(IGBT)로 이루어진 양방향 정류 회로(300)를 통해 엘리베이터의 회생운전 시에 에너지를 전원부(100) 측으로 회생시킬 수가 있게 되므로, 기존의 3상 다이오드 정류회로에서 에너지의 회생이 불가능함과 아울러 회생 에너지를 소비하기 위한 제동저항 인버터에서 회생되는 순시에너지를 흡수하기 위한 대용량의 전해 커패시터를 제거할 수가 있는 것이다.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시 예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 내에 속하게 됨은 물론이다.

도 1은 종래의 엘리베이터 교류전동기의 제어시스템을 나타내는 회로 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템을 나타내는 회로 구성도,

도 3 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에서 AC/DC 컨버터를 구성하는 양방향 정류 회로의 스위칭 파형을 나타내는 도면,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에서 보조 다이오드 정류기의 센싱 신호에 따른 양방향 정류 회로의 동작상태를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에서 AC/DC 컨버터를 구성하는 양방향 정류 회로의 등가회로를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 전원부, 200: 필터부,

300: 양방향 정류 회로, 310: 소용량 스너버 커패시터,

400: 인버터, 500: 모터부,

600: 보조 다이오드 정류기.

Claims

전원부의 3상 입력전원으로부터 직류 전원을 얻은 후 인버터를 매개로 교류 전동기를 구동하기 위하여, 상기 전원부에는 전류의 고조파 성분을 감쇄시키기 위한 필터부가 구성되고, 상기 필터부와 교류 전동기의 구동을 위한 모터부 사이에는 한 쌍의 3상 컨버터가 직렬로 연결되어 구성되되, 전원 입력단의 회로는 양방향 정류 회로로 이루어지고, 출력단의 회로는 전압형 인버터로 이루어져, 상기 전원부로부터의 전원은 다이오드를 매개로 모터부 측으로 전달됨과 아울러 모터부로부터의 에너지는 능동 스위치를 매개로 전달되어 전원으로 회생되도록 이루어진 엘리베이터 구동용 인버터 시스템에 있어서;

상기 전원부의 출력단에는 전원 전압을 측정하여 스위칭 신호를 발생시키기 위한 보조 다이오드 정류기가 구성됨과 아울러;

상기 양방향 정류 회로의 출력단에는 DC-Link 전압의 스파크성 전압 변동을 억제하기 위한 소용량 스너버 커패시터가 구성된 것;을 특징으로 하는 전해 커패시터가 없는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템.
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