KR102166362B1 - 다중-레벨 회생 드라이브를 위한 버스 커패시터 뱅크 구성 - Google Patents

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Abstract

회생 드라이브 디바이스 및 상기 회생 드라이브 디바이스의 DC 링크를 구성하는 방법이 개시된다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 복수의 전력 부품을 구비하는 인버터, 및 복수의 전력 부품을 구비하는 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 상기 인버터와 상기 컨버터를 가교시키는 직류 전류(DC) 링크를 더 포함할 수 있고, 상기 DC 링크는 커패시터, 인버터 중성점, 및 상기 인버터 중성점과는 독립적인 컨버터 중성점을 포함한다. 대안적으로, 상기 인버터 중성점과 상기 컨버터 중성점은 연결될 수 있다.

Description

다중-레벨 회생 드라이브를 위한 버스 커패시터 뱅크 구성{BUS CAPACITOR BANK CONFIGURATION FOR A MULTI-LEVEL REGENERATIVE DRIVE}
본 발명은 전력 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 엘리베이터 시스템을 위한 회생 드라이브 전력 시스템에 관한 것이다.
엘리베이터 시스템은 전력 소스로부터 특정 입력 전압 범위에 걸쳐 동작하도록 설계될 수 있다. 엘리베이터의 드라이브의 부품은, 전력 공급원이 설계된 입력 전압 범위 내에 있는 동안, 드라이브가 연속적으로 동작할 수 있는 전압 정격과 전류 정격을 구비한다. 그러나, 전력망의 전압이 저하되고/되거나, 전압 저하 조건(예를 들어, 엘리베이터 드라이브의 공차 대역 아래의 전압 조건)이 발생하고/하거나 전력 손실 조건이 일반적으로 일어나는 상황과 같은 일부 시나리오에서, 전력망의 국부 전력 공급원은 그 신뢰성이 떨어진다. 이러한 전력망에서 전력 공급이 실패할 때, 드라이브는 균일한 전력을 승강 모터에 유지하기 위해 전력 공급원으로부터 더 많은 전류를 인출한다. 종래의 시스템에서, 초과 전류가 전력 공급원으로부터 인출될 때, 드라이브는 드라이브의 부품을 손상시키는 것을 회피하기 위해 셧다운(shutdown)될 수 있다.
전력 저하 또는 전력 손실이 발생할 때, 엘리베이터는 전력 공급원이 공칭 동작 전압 범위로 복귀할 때까지 엘리베이터 승강로(hoistway)의 층들 사이에 정지될 수 있다. 종래의 시스템에서, 엘리베이터 내 승객은 유지보수 작업자가 브레이크를 해제하여 엘리베이터 카(elevator car)를 제어하여 위쪽으로 또는 아래쪽으로 이동시켜 엘리베이터를 가장 가까운 층으로 이동시킬 때까지 갇혀 있을 수 있다. 엘리베이터 시스템 설계는 전력 공급 실패 시 승객을 구출하기 위해 엘리베이터를 그 다음 층으로 이동시키는 전력을 제공하도록 제어되는 전기 저장 디바이스를 포함하는 자동 구조 동작(automatic rescue operation)을 사용하는 것에 의해 전력 저하 또는 전력 손실 동안 이 문제를 처리할 수 있다.
최근의 엘리베이터 설계에서, 엘리베이터의 드라이브는 회생 드라이브 시스템을 사용할 수 있다. 회생 드라이브는 정상 동작 조건 동안 메인 전력 공급원으로부터 모터에 전력을 전달하고, 전력 공급이 실패하는 동작 조건(예를 들어, 전력 저하, 전력 손실 등)의 경우에 백업 전력 공급원으로부터 전력을 전달한다. 회생 드라이브는 입력 또는 전력망의 소켓측에 있는 컨버터와, 모터측에 있는 인터버를 포함할 수 있고, 여기서 인버터의 전력 수요는 컨버터의 전력 능력에 적절히 매칭된다. 이러한 회생 드라이브는 이용가능한 전력을 제어기에 의해 엄격히 조절하여 모터와 백업 전력 공급원에 제공할 것을 요구할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 미국 특허 공개 번호 2012/0261217 ("Regenerative Drive with Backup Power Supply")에 보다 상세히 설명된다.
엘리베이터를 위한 회생 드라이브는 양과 음의 전력 수요를 가지고 있는데, 이는 드라이브가 양의 수요를 가지고 있을 때 이 드라이브는 (예를 들어, 국부 전력 소스로부터) 외부 전력을 인출할 수 있고, 이 드라이브가 음의 전력 수요를 가지고 있을 때 이 드라이브는 발전기로서 전기를 생성한다는 것을 의미한다. 그리하여, 모터가 음의 전력 상황에서 발전기로서 에너지를 생산할 때인 회생 상황에서는 여러 부품에 대한 전압이 엄격히 조절되고 관리되어야 한다. 인버터와 컨버터를 가교시키는 직류 전류(direct current: DC) 링크가 존재하여 전력 출력을 평활화하고 인버터와 컨버터의 출력 전류를 버퍼링할 수 있다.
일부 최근의 회생 드라이브는 3-상 전력 입력 소스(three-phase power input source)를 사용하여 동작할 수 있다. 일부 회생 드라이브에서, 인버터 및/또는 컨버터는 다중레벨 토폴로지(multilevel topology)(예를 들어, 3-레벨 회생 드라이브 토폴로지)를 가지게 설계될 수 있다. 이러한 설계에서, 음향 잡음, 효율, 중성점(neutral point) 안정성, 및 열적 밸런싱(thermal balancing)을 관리하는 것은 설계를 성공적으로 구현하는데 중요하다. 그리하여, DC 링크에서 인버터와 컨버터의 중성점을 관리하는 것이 요구된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스가 개시된다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 복수의 전력 부품을 구비하는 인버터, 및 복수의 전력 부품을 구비하는 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 상기 인버터와 상기 컨버터를 가교시키는 직류 전류(DC) 링크를 더 포함할 수 있고, 상기 DC 링크는 커패시터, 인버터 중성점, 및 상기 인버터 중성점과는 독립적인 컨버터 중성점을 포함한다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재는 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터(insular-gate bipolar transistor)일 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품과 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품은 T-형 토폴로지(T-type topology)를 갖도록 배열될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품과 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품은 중성점 클램핑 유형의 토폴로지(neutral point clamped type topology)를 갖도록 배열될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품과 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품은 어드밴스트(advanced) T-형 중성점 클램핑 토폴로지를 갖도록 배열될 수 있다.
추가적인 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재는 역-저지(reverse-blocking) 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터일 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터는 유니폴러(unipolar) 펄스 폭 변조 모드에서 동작될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 컨버터는 유니폴러 펄스 폭 변조 모드에서 동작될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 다중레벨 엘리베이터 드라이브 디바이스일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스가 개시된다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 복수의 전력 부품을 구비하는 인버터, 및 복수의 전력 부품을 구비하는 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 상기 인버터와 상기 컨버터를 가교시키는 직류 전류(DC) 링크를 더 포함할 수 있고, 상기 DC 링크는 커패시터와 중성점을 포함하고, 상기 중성점은 상기 인버터와 상기 컨버터에 의해 공유된다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재는 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터일 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품과 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품은 T-형 토폴로지를 갖도록 배열될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품과 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품은 중성점-클램핑 토폴로지를 갖도록 배열될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품과 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품은 어드밴스트 T-형 중성점-클램핑 토폴로지를 갖도록 배열될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터의 상기 복수의 전력 부품 중 적어도 하나의 부재는 역-저지 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터일 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터는 바이폴러 펄스-폭 변조 모드에서 동작될 수 있고, 상기 컨버터는 유니폴러 펄스-폭 변조 모드에서 동작될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 컨버터는 바이폴러 펄스-폭 변조 모드에서 동작될 수 있고, 상기 인버터는 유니폴러 펄스-폭 변조 모드에서 동작될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 다중레벨 엘리베이터 드라이브 디바이스일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스를 위한 DC 링크를 구성하는 방법이 개시된다. 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 복수의 전력 부품을 구비하는 인버터, 및 복수의 전력 부품을 구비하는 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 인버터와 연관된 중성점을 결정하는 단계, 및 상기 컨버터와 연관된 중성점을 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 컨버터의 중성점은 상기 인버터와 연관된 중성점과는 독립적이다.
일 개선예에서, 상기 방법은 상기 인버터와 연관된 중성점을 상기 컨버터와 연관된 중성점에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 개선예에서, 상기 인버터 또는 상기 컨버터 중 적어도 하나는 유니폴러 펄스 폭 변조 모드에서 동작된다.
추가적인 개선예에서, 상기 인버터는 바이폴러 펄스-폭 변조 모드에서 동작될 수 있고, 상기 컨버터는 유니폴러 펄스-폭 변조 모드에서 동작될 수 있다.
일 개선예에서, 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스는 다중레벨 엘리베이터 드라이브 디바이스일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 엘리베이터 시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 엘리베이터 시스템을 위한 회생 드라이브의 개략도.
도 3은 인버터와 컨버터가 모두 중성점 클램핑(neutral point clamped: NPC) 유형 토폴로지를 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 인버터와 컨버터의 개략도.
도 4는 위상 레그(phase leg)가 NPC 유형 토폴로지를 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 인버터 및/또는 컨버터의 위상 레그의 개략도.
도 5는 인버터와 컨버터가 모두 T-형 토폴로지를 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 인버터와 컨버터의 개략도.
도 6은 위상 레그가 T-형 토폴로지를 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 인버터 및/또는 컨버터의 위상 레그의 개략도.
도 7은 인버터와 컨버터가 모두 어드밴스트 T-형 중성점 클램핑(AT-NPC) 유형 토폴로지를 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 인버터와 컨버터의 개략도.
도 8은 위상 레그가 AT-NPC 유형 토폴로지를 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 인버터 및/또는 컨버터의 위상 레그의 개략도.
도 9는 인버터와 컨버터가 독립적인 중성점을 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 중성점을 구성하는 예시적인 공정을 도시하는 도면.
도 10은 인버터와 컨버터가 연결된 중성점을 구비하는 도 2의 회생 드라이브의 중성점을 구성하는 예시적인 공정을 도시하는 도면.
도면은 반드시 축척에 맞는 것은 아니고 개시된 실시예는 종종 개략적으로 부분적으로 도시된 것으로 이해된다. 특정 경우에, 본 발명을 이해하는데 필요하지 않거나 또는 다른 사항을 이해하는 것을 곤란하게 하는 사항은 생략되었을 수 있다. 물론, 본 발명은 본 명세서에 예시된 특정 실시예로 제한되는 것은 아닌 것으로 이해된다.
이제 도 1을 참조하면, 엘리베이터 시스템(10)의 개략도가 제공된다. 도 1에 도시된 엘리베이터 시스템은 단지 예시를 위한 것이고, 본 발명의 여러 실시예를 개시하는 것을 보조하는 것으로 이해된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 이해되는 바와 같이, 도 1은 예시적인 엘리베이터 시스템의 모든 부품을 도시하는 것이 아니고, 나아가 도시된 특징들이 모든 엘리베이터 시스템에 반드시 포함되어야 하는 것도 아니다.
엘리베이터 시스템은 빌딩 내에 수직으로 배치된 승강로(12)에서 완전히 또는 부분적으로 존재할 수 있다. 승강로(12)는 엘리베이터 카(14)가 빌딩의 층 또는 랜딩(landing)(16)들 사이를 이동할 수 있는 수직 경로를 제공할 수 있다. 모터(18) 또는 다른 원동기는 엘리베이터 카(14)에 동작가능하게 연결되어 승강로(12) 내에서 엘리베이터 카(14)를 이동시키는 추진력을 생성할 수 있다.
전력 소스(19)는 모터(18)에 동작가능하게 연결되어 모터에 전력을 공급할 수 있다. 전력 소스(19)는 전력망의 소켓으로부터 오는 외부 생성 전력일 수 있다. 모터(18)와 전력 소스(19)는 각각 3-상일 수 있다. 나아가, 회생 드라이브(20)는 모터(18)와 전력 소스(19)에 결합되어 모터(18)를 동작시켜 원하는 만큼 엘리베이터 카(14)를 이동시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 예시적인 회생 드라이브 디바이스(20)가 도시된다. 회생 드라이브(20)는 일반적으로 전력 공급원(19)과 동작가능하게 연관된 컨버터(21)와, 모터(18)와 동작가능하게 연관된 인버터(22)를 포함할 수 있다(도 3은 도 2의 인버터와 컨버터의 확대도를 제공하고, 그리하여 도 2 및 도 3에서는 동일한 참조 부호들이 사용된다). 보다 구체적으로, 컨버터(21)는 전력 소스(19)의 3개의 위상에 동작가능하게 연결될 수 있고, 컨버터(21)는 전력 소스(19)의 각 위상에 대해 위상 레그를 구비한다. 인버터(22)는 모터(18)에 동작가능하게 연결될 수 있고, 인버터(22)는 모터(18)의 각 위상에 대해 위상 레그를 구비할 수 있다. 도시된 예에서, 전력 소스(19)와 모터(18)는 모두 3개의 위상을 구비하고, 그리하여, 컨버터(21)와 인버터(22)는 각각 3개의 위상 레그를 구비한다. 추가적으로, 인버터(22)와 컨버터(21)는 DC 링크(23)에 의해 연결될 수 있고, DC 링크(23)는 적어도 하나의 커패시터(43)와 관련하여 양의 링크(45), 음의 링크(46), 컨버터 중성점(41), 및 인버터 중성점(42)을 구비하여 리플 전류(ripple current)와 전파되는 고조파를 평활화할 수 있다. 일부 예에서, 컨버터 중성점(41)과 인버터 중성점(42)은 연결될 수 있다. 대안적으로, 컨버터 중성점(41)과 인버터 중성점(42)은 독립적인 중성점일 수 있다.
인버터(22)와 컨버터(21)는 모두 복수의 전력 디바이스(25)를 포함할 수 있고, 이 복수의 전력 디바이스(25)는 위상 레그(27)로 그룹화된다. 컨버터(21)의 각 위상 레그(27)는 전력 소스(19)의 각 위상과 선택적으로 통신할 수 있다. 또한, 인버터(22)의 각 위상 레그(27)는 모터(18)의 각 위상과 선택적으로 통신할 수 있다. 컨버터(21)와 인버터(22)에서 전력 디바이스(25)는 복수의 절연된 게이트 바이폴러 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor: IGBT) 및/또는 복수의 다이오드를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 회생 드라이브(20)는 다중레벨 컨버터(21)와 다중레벨 인버터(22)를 구비하는 다중레벨 드라이브일 수 있다. 이 예에서, 회생 드라이브(20)는 3-레벨 컨버터(21)와 3-레벨 인버터(22)를 구비하는 3-레벨 드라이브일 수 있다. 보다 구체적으로 다중레벨 컨버터(21)와 다중레벨 인버터(22)의 각 위상 레그(27)는 3개의 레벨의 전압, 즉: 양의 전압, 중성점 전압, 및 음의 전압을 출력할 수 있다.
제어기(30)는 회생 드라이브의 전력 디바이스(25)를 제어하는데 사용될 수 있다. 제어기(30)는 컨버터 제어부(31), 인버터 제어부(33), 및 DC 버스 레귤레이터(32)를 포함할 수 있다. 컨버터 제어부(31)와 인버터 제어부(32)는 논리 신호를 컨버터(21)의 전력 디바이스(25)와 인버터(22)의 전력 디바이스(25)에 각각 송신할 수 있다. DC 버스 전압 레귤레이터(33)는 DC 링크(23)의 양극(45), 음극(46), 인버터 중성점(42), 및/또는 컨버터 중성점(41)과 연관된 전압을 조절할 수 있다. 제어기(30)는 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서와 같은 컴퓨터 실행가능한 명령을 저장한 임의의 비-일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체를 포함할 수 있다. 제어기는 펄스 폭 변조(pulse width modulation: PWM)를 컨버터(21)와 인버터(22)에 적용하도록 프로그래밍될 수 있다. PWM은 모터(18)에 공급되는 전력을 제어하는데 사용되는 변조 기술이다.
다중레벨 회생 드라이브(20), 예를 들어, 3-레벨 컨버터와 3-레벨 인버터를 통해, 제어기(30)는 2개의 모드, 즉: 유니폴러 모드와 바이폴러 모드에서 PWM을 적용할 수 있으나; 제어기는 이 2개의 모드에서만 PWM을 적용하는 것으로 제한되는 것은 아니다. 도 4에 도시된 위상 레그(27)를 참조하면, 유니폴러 변조는 컨버터(21) 또는 인버터(22)의 위상 레그(27)에 적용될 때 하나의 PWM 사이클 동안 IGBT(25A 및 25C, 또는 25B 및 25D)의 단 하나의 쌍을 스위칭하는 것을 포함한다. 유니폴러 변조를 통해, 출력 교류 전류(AC) 전압은 중성 전위와 양의 전위 사이 또는 중성 전위와 음의 전위 사이 범위에 있을 수 있다. 유니폴러 변조는 효율을 제공하고/하거나, 고조파의 전파를 감소시키고/시키거나, 음향 성능 이익을 감소시킬 수 있다.
대안적으로, 바이폴러 변조는 컨버터(21) 또는 인버터(22)의 위상 레그(27)에 적용될 때 하나의 PWM 사이클 동안 모든 IGBT(25A-D)를 스위칭하는 것을 포함한다. 하나의 PWM 사이클 동안 모두 4개의 디바이스(25A-D)를 스위칭하면 중성점을 조절할 수 있다. 바이폴러 변조를 사용하면, 출력 AC 전압은 중성 전위를 포함하여 양의 전위와 음의 전위 사이의 범위에 있을 수 있다. 바이폴러 변조는 중성점 안정성과 열적 밸런싱 이익을 제공할 수 있다. 중성점 제어는 엘리베이터 시스템(10)의 탑승 품질을 개선시킬 수 있는 반면, 컨버터(21)와 인버터(22)에 걸쳐 열적 밸런싱을 개선하면 전력 디바이스의 수명을 더 길게 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 회생 드라이브 시스템(20)을 위한 인버터(22)와 컨버터(21)는 중성점 클램핑 유형(NPC-유형) 토폴로지를 구비한다. 추가적으로, 도 4는 인버터(22) 및/또는 컨버터(21)의 위상 레그(27)를 도시하고, 이 위상 레그(27)는 동일한 NPC-유형 토폴로지를 구비한다. NPC-유형 토폴로지는, 전력 부품(25)들을, 이 예에서 IGBT(25A-D)들을 직렬 배열로 사용하여 3-레벨 PWM 동작을 달성한다. 디바이스들이 NPC-유형 토폴로지에서와 같이 직렬인 경우, 더 낮은 전압 정격을 구비하는 전력 부품(25)을 사용하여 디바이스에 걸쳐 동일한 전압을 달성할 수 있다. NPC-유형 토폴로지를 사용하면 이러한 부품과 연관된 비용이 더 낮기 때문에 더 낮은 전압 정격을 가지는 전력 부품(25)을 사용하는 것으로 인해 비용을 절감할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 2의 회생 드라이브 시스템을 위한 대안적인 인버터(22)와 대안적인 컨버터(21)가 도시되고, 인버터(22)와 컨버터(21)는 모두 T-형 토폴로지를 구비한다. 추가적으로, 도 6은 인버터(22) 및/또는 컨버터(21)의 위상 레그(57)를 도시하고, 이 위상 레그(57)는 동일한 T-형 토폴로지를 구비한다. T-형 토폴로지는, 전력 부품(55)들을, 이 예에서 IGBT(55)들을, 2개의 IGBT(55B, 55C)가 직렬로 배열되고, 2개의 IGBT(55B, 55C)가, 직렬로 배열된 다른 쌍의 IGBT(55A, 55D)과 병렬로 배열된 배열로 사용한다. 이러한 배열은 이들이 직렬로 배열되기 때문에 각 쌍에 걸쳐 요구되는 전압 정격을 더 낮추면서도 2개의 쌍의 IGBT가 병렬로 배열되는 것으로 인해 효율을 더 높일 수 있다.
도 7을 참조하면, 회생 드라이브 시스템(20)을 위한 다른 대안적인 인버터(22)와 대안적인 컨버터(21)가 도시되고, 여기서 인버터(22)와 컨버터(21)는 모두 어드밴스트 T-형 중성점 클램핑(AT-NPC) 토폴로지를 구비한다. AT-NPC 유형 토폴로지는 역-저지 IGBT(RB-IGBT)(68)를 포함하는 T-형 토폴로지이다. 추가적으로, 도 8은 인버터(22) 및/또는 컨버터(21)의 위상 레그(67)를 도시하고, 이 위상 레그(67)는 동일한 AT-NPC 유형 토폴로지를 구비한다. AT-NPC 유형 토폴로지의 전력 부품(65)은 RB-IGBT(68)를 포함할 수 있고, 이 RB-IGBT(68)는 다른 전력 부품에 병렬로 연결된다. AT-NPC 유형 토폴로지는 더 높은 효율로 연관될 수 있다.
도 2, 도 3, 도 5 및/또는 도 7의 인버터/컨버터 조합 중 임의의 것 사이에서 사용되는 DC 링크를 예시하는 것으로, 도 9는 컨버터 중성점(41)과 인버터 중성점(42)이 연결된 DC 링크(23) 구성을 도시한다. 컨버터 중성점(41)과 인버터 중성점(42)을 연결하면 공유된 중성점(49)을 형성할 수 있다. 컨버터 중성점(41)과 인버터 중성점(42)은, 컨버터와 인버터의 각 단부에서 조절될 수 있었던 전체 DC 링크(23) 전압의 중심을 조절하도록 연결될 수 있다. 이러한 구성에서 인버터(22) 또는 컨버터(21) 중 어느 하나는 (제어기로부터 오는 커맨드를 통해) 바이폴러 PWM 변조 모드에서 동작될 수 있는 반면, 컨버터/인버터 쌍의 다른 부재는 유니폴러 모드에서 동작되어 유니폴러 동작의 이익을 얻을 수 있다. 이러한 배열은 음향 잡음을 더 낮출 수 있고 회생 드라이브(20)의 효율을 더 높일 수 있다. 나아가, 열적 밸런싱 문제가 중성점이 연결될 때 감소될 수 있다.
대안적으로, 컨버터 중성점(41)과 인버터(42) 중성점은 독립적일 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도 2, 도 3, 도 5 및/또는 도 7의 인버터/컨버터 조합에 사용되는 예시적인 DC 링크(23)가 도시된다. 인버터(22)와 컨버터(21)는 모두 유니폴러 또는 바이폴러 PWM 모드에서 동작될 수 있다. 유니폴러 동작은 고조파의 전파를 감소시킬 수 있다. 독립적인 컨버터 중성점과 인버터 중성점(41, 42)은 컨버터 고조파를 전파하는 효과 및/또는 인버터 고조파를 전파하는 효과를 분리시키도록 동작할 수 있다. 독립적인 중성점(41, 42)은 컨버터(21)와 인버터(22)에서 독립적인 유니폴러 및/또는 바이폴러 스위칭을 가능하게 할 수 있다.
도 11은 도 2 내지 도 8의 다중레벨 회생 엘리베이터 드라이브 디바이스(20)의 DC 링크(23)를 구성하는 예시적인 공정(70)이다. 블록(72)에서 전력 인버터(22)와 연관된 중성점(42)이 결정된다. 나아가, 블록(74)에서 전력 컨버터(21)와 연관된 중성점(41)이 결정되고, 전력 컨버터(21)의 중성점(41)은 전력 인버터(22)와 연관된 중성점(42)과는 독립적이다.
도 12를 참조하면, 도 2 내지 도 8의 다중레벨 회생 엘리베이터 드라이브 디바이스(20)의 DC 링크(23)를 구성하는 예시적인 공정(80)이 도시된다. 블록(82)에서 전력 인버터(22)와 연관된 중성점(42)이 결정된다. 나아가, 블록(84)에서 전력 컨버터(21)와 연관된 중성점(41)이 결정된다. 전력 컨버터(21)와 연관된 중성점(41)과 전력 인버터(22)와 연관된 중성점(42)이 연결된다(블록 86).
전술한 바로부터, 본 명세서에 개시된 기술은 회생 드라이브와 연관된 중성점을 결정하는 시스템 및 방법을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 여러 다양한 설정에서 산업상 이용가능성을 가지는 것으로 볼 수 있다. 이 회생 드라이브는 엘리베이터 시스템에서 사용될 수 있다. 본 발명의 개시 내용을 사용하면, 최적화된 DC 링크 구성을 구비하는 다중레벨 회생 드라이브를 생산할 수 있다. 종래 기술에 비해 이러한 개선은 고조파의 전파를 제한하고/하거나, 음향 잡음을 감소시키고/시키거나, 디바이스의 효율을 증가시키고/시키거나, 디바이스의 비용을 감소시키는 것에 의해 회생 드라이브의 동작을 개선시킬 수 있다.
특정 특징들이 상기 특정 실시예에 대해 단지 설명될 수 있으나, 이 특징들은 이 특정 실시예에서만 사용되는 것은 아니다. 개시된 특징은 실시가능한 경우 추가적인 실시예(구체적으로 설명되었든지 아니든지 상관없이)에 포함될 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명은 엘리베이터 시스템을 위한 회생 드라이브에 대한 것이지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에 개시된 내용은 다른 응용에서도 사용될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 본 발명을 수행하는 최상의 모드로서 본 명세서에 제시된 실시예로 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 청구항의 사상과 범위 내에 있는 모든 균등물을 더 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(multilevel regenerative drive device)(20)로서,
    복수의 전력 부품(25)을 구비하는 인버터(22);
    복수의 전력 부품(25)을 구비하는 컨버터(21); 및
    상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21)를 가교시키는 직류 전류(DC) 링크(23)를 포함하되,
    상기 DC 링크(23)는,
    커패시터(43);
    인버터 중성점(inverter neutral point)(42); 및
    상기 인버터 중성점(42)과는 독립적인 컨버터 중성점(converter neutral point)(41)을 포함하고,
    상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21) 중 하나는 바이폴러(bipolar) 펄스 폭 변조 모드에서 동작하고, 상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21) 중 다른 하나는 유니폴러(unipolar) 펄스 폭 변조 모드에서 동작되는, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  2. 제1항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(25) 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(25) 중 적어도 하나의 부재는 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터(insular-gate bipolar transistor)인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  3. 제1항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(55)과 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(55)은 T-형 토폴로지(T-type topology)(57)를 갖도록 배열된, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  4. 제1항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(25)과 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(25)은 중성점-클램핑 토폴로지(neutral-point-clamped topology)(27)를 갖도록 배열된, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  5. 제1항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68)과 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68)은 어드밴스트(advanced) T-형 중성점 클램핑 토폴로지(67)를 갖도록 배열된, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  6. 제5항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68) 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68) 중 적어도 하나의 부재는 역-저지(reverse-blocking) 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터(68)인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20)는 다중레벨 회생 엘리베이터 드라이브 디바이스인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  10. 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20)로서,
    복수의 전력 부품(25)을 구비하는 인버터(22);
    복수의 전력 부품(25)을 구비하는 컨버터(21); 및
    상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21)를 가교시키는 직류 전류(DC) 링크(23)를 포함하되,
    상기 DC 링크(23)는,
    커패시터(43); 및
    중성점(49)을 포함하고,
    상기 중성점(49)은 상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21)에 의해 공유되고,
    상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21) 중 하나는 바이폴러 펄스 폭 변조 모드에서 동작하고, 상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21) 중 다른 하나는 유니폴러 펄스 폭 변조 모드에서 동작되는, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  11. 제10항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(25) 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(25) 중 적어도 하나의 부재는 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  12. 제10항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(55)과 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(55)은 T-형 토폴로지(57)를 갖도록 배열된, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  13. 제10항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(25)과 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(25)은 중성점-클램핑 토폴로지(27)를 갖도록 배열된, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  14. 제10항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68)과 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68)은 어드밴스트 T-형 중성점 클램핑 토폴로지(67)를 갖도록 배열된, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  15. 제14항에 있어서, 상기 인버터(22)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68) 중 적어도 하나의 부재와, 상기 컨버터(21)의 상기 복수의 전력 부품(65, 68) 중 적어도 하나의 부재는 역-저지 인슐라-게이트 바이폴러 트랜지스터(68)인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제10항에 있어서, 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20)는 다중레벨 회생 엘리베이터 드라이브 디바이스인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20).
  19. 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20)를 위한 DC 링크(23)를 구성하는 방법(70)으로서,
    상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20)는 복수의 전력 부품(25)을 구비하는 인버터(22)와, 복수의 전력 부품(25)을 구비하는 컨버터(21)를 포함하고,
    상기 방법(70)은,
    상기 인버터(22)와 연관된 중성점(42)을 결정하는 단계; 및
    상기 컨버터(21)와 연관된 중성점(41)을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 컨버터(21)의 상기 중성점(41)은 상기 인버터(22)와 연관된 상기 중성점(42)과는 독립적이고,
    상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21) 중 하나는 바이폴러 펄스 폭 변조 모드에서 동작하고, 상기 인버터(22)와 상기 컨버터(21) 중 다른 하나는 유니폴러 펄스 폭 변조 모드에서 동작되는, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스를 위한 DC 링크를 구성하는 방법(70).
  20. 제19항에 있어서, 상기 인버터(22)와 연관된 상기 중성점(42)을 상기 컨버터(21)와 연관된 상기 중성점(41)에 연결하는 단계를 더 포함하는, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스를 위한 DC 링크를 구성하는 방법(70).
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제19항에 있어서, 상기 다중레벨 회생 드라이브 디바이스(20)는 다중레벨 회생 엘리베이터 드라이브 디바이스인, 다중레벨 회생 드라이브 디바이스를 위한 DC 링크를 구성하는 방법(70).
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