KR102613335B1 - Apparatus for driving motor for elevator - Google Patents
Apparatus for driving motor for elevator Download PDFInfo
- Publication number
- KR102613335B1 KR102613335B1 KR1020210050951A KR20210050951A KR102613335B1 KR 102613335 B1 KR102613335 B1 KR 102613335B1 KR 1020210050951 A KR1020210050951 A KR 1020210050951A KR 20210050951 A KR20210050951 A KR 20210050951A KR 102613335 B1 KR102613335 B1 KR 102613335B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- unit
- converter
- power
- level
- inverter
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 10
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
- G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
- G01R31/3272—Apparatus, systems or circuits therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
- B66B1/00—Control systems of elevators in general
- B66B1/34—Details, e.g. call counting devices, data transmission from car to control system, devices giving information to the control system
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
- B66B5/00—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators
- B66B5/0006—Monitoring devices or performance analysers
- B66B5/0018—Devices monitoring the operating condition of the elevator system
- B66B5/0025—Devices monitoring the operating condition of the elevator system for maintenance or repair
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/18—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of DC into AC, e.g. with choppers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/22—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/005—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing phase or frequency of 2 mutually independent oscillations in demodulators)
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
- G01R23/15—Indicating that frequency of pulses is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values, by making use of non-linear or digital elements (indicating that pulse width is above or below a certain limit)
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B50/00—Energy efficient technologies in elevators, escalators and moving walkways, e.g. energy saving or recuperation technologies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
본 발명은 엘리베이터용 전력변환장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장시 고조파의 성분이 증가한다는 사실에 기인하여 컨버터로 인가되는 전류 또는 인버터로부터 출력되는 전류를 주파수 성분으로 변환하고 변환한 주파수 성분에서 n차 고조파 성분을 모니터링하여 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 실시간으로 정확하게 진단할 수 있는 엘리베이터용 전력변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device for an elevator, and more specifically, due to the fact that the harmonic component increases when a 3-level inverter or a switch connected to the neutral point of the 3-level converter fails, the current applied to the converter or from the inverter Power conversion for elevators that converts the output current into frequency components and monitors the nth harmonic component from the converted frequency components to accurately diagnose the fault status of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or 3-level converter in real time. It's about devices.
Description
본 발명은 엘리베이터용 전력변환장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장시 고조파의 성분이 증가한다는 사실에 기인하여 컨버터로 인가되는 전류 또는 인버터로부터 출력되는 전류를 주파수 성분으로 변환하고 변환한 주파수 성분에서 n차 고조파 성분을 모니터링하여 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 실시간으로 정확하게 진단할 수 있는 엘리베이터용 전력변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device for an elevator, and more specifically, due to the fact that the harmonic component increases when a 3-level inverter or a switch connected to the neutral point of the 3-level converter fails, the current applied to the converter or from the inverter Power conversion for elevators that converts the output current into frequency components and monitors the nth harmonic component from the converted frequency components to accurately diagnose the fault status of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or 3-level converter in real time. It's about devices.
일반적으로, 주거용도 및 업무용도 등으로 건축되는 다양한 종류의 고층 건물에는 해당 건물을 찾는 승객의 수직방향으로의 원활한 이동을 위해 엘리베이터 장치가 설치된다.In general, various types of high-rise buildings built for residential and business purposes are equipped with elevator devices to ensure smooth vertical movement of passengers visiting the building.
엘리베이터 장치는 그 내부에 승객이 탑승한 상태에서 건물 내부에 수직방향으로 형성된 승강로를 따라 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동하면서 탑승객을 이동시키는 엘리베이터 카와, 소정 동력을 발생시키는 모터부와 권상기 등이 구비되어 엘리베이터 카를 승객의 버튼 조작에 따른 해당 층으로 이동시키는 기계부 및, 승객의 버튼 조작에 따라 기계부를 제어하면서 엘리베이터 카가 원활하고 안정적으로 운행될 수 있도록 제어를 행하는 엘리베이터 제어부 등을 포함하여 구성된다.The elevator device is equipped with an elevator car that moves passengers in an upward or downward direction along a vertically formed hoistway inside the building with passengers inside, and a motor unit and traction machine that generate a predetermined power. It is composed of a mechanical unit that moves the elevator car to the corresponding floor according to the passenger's button operation, and an elevator control unit that controls the mechanical unit according to the passenger's button operation to ensure that the elevator car runs smoothly and stably.
최근에는 고층 빌딩의 증가에 따라 고속 엘리베이터에 대한 수요가 증대되고 있는데, 특히 고층 빌딩의 지속적인 고도화에 따라 이에 맞는 초고속 엘리베이터에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.Recently, as the number of high-rise buildings increases, the demand for high-speed elevators is increasing. In particular, as high-rise buildings continue to improve, the development of high-speed elevators is required.
엘리베이터 카를 이동시키기 위하여 엘리베이터용 전력변환장치가 사용되고 있는데, 엘리베이터용 전력변환장치는 크게 3상 교류 전원을 제공하는 전원부, 3상 교류 전원을 직류로 변환하는 컨버터부, 직류로 변환된 전원을 다시 교류로 변환하여 전동기로 제공하는 인버터부를 구비하고 있다. 인버터부는 모터부로 교류 전원을 인가하여 엘리베이터 카를 구동시킨다.A power conversion device for an elevator is used to move an elevator car. The power conversion device for an elevator is largely divided into a power unit that provides three-phase AC power, a converter unit that converts the three-phase AC power to direct current, and a power conversion unit that converts the power converted to direct current back into alternating current. It is equipped with an inverter unit that converts it into an electric motor. The inverter unit drives the elevator car by applying AC power to the motor unit.
종래 이러한 엘리베이터용 전력변환장치에서 교류를 직류로 변환하는 컨버터나 직류를 교류로 변환하는 인버터에는 각 상당 2개의 스위칭 소자를 사용하는 2레벨 방식이 주로 사용되어 왔다.Conventionally, in such elevator power conversion devices, a two-level method using two switching elements per phase has been mainly used in the converter that converts alternating current to direct current or the inverter that converts direct current to alternating current.
2 레벨 방식에서는 PWM 동작시 직류 전압을 (+), (-)의 2가지로만 제어하므로 스위칭 소자 구성이 간단하고 제어가 용이한 장점이 있다. 그러나 2 레벨 방식의 경우 스위칭 소자에서 스위칭 손실이나 도통 손실이 크게 발생하며, 높은 전고조파 왜율(THD, Total Harmonic Distortion)을 줄이기 위하여 교류 리액터(AC reactor)의 인덕턴스 크기를 크게하여야 하며 이로 인하여 동손과 철손이 늘어나고 이는 시스템 효율을 떨어뜨리고 전원변환장치의 체적과 제조 비용을 크게하는 요인이 되고 있다.The two-level method has the advantage of simple switching element configuration and easy control because it controls only two types of direct current voltage (+) and (-) during PWM operation. However, in the case of the two-level method, large switching loss or conduction loss occurs in the switching element, and in order to reduce the high total harmonic distortion (THD), the inductance size of the AC reactor must be increased, resulting in copper loss and As iron loss increases, it reduces system efficiency and becomes a factor in increasing the volume and manufacturing cost of the power converter.
최근에는 멀티-레벨, 예를 들어 3-레벨 방식의 컨버터와 인버터가 널리 사용되고 있다.Recently, multi-level, for example, 3-level converters and inverters have been widely used.
도 1은 3-레벨 컨버터와 3-레벨 인버터를 사용하는 엘리베이터용 전력변환장치의 일 예를 도시하고 있다.Figure 1 shows an example of a power conversion device for an elevator using a 3-level converter and a 3-level inverter.
엘리베이터용 전력변환장치는 크게 3상 교류 전원을 제공하는 전원(10), 3상 교류 전원을 직류로 변환하는 컨버터(30), 직류로 변환된 전원을 다시 교류로 변환하여 모터(60)로 제공하는 인버터(50)를 구비하고 있다. 인버터(50)는 모터(60)로 교류 전원을 인가하여 엘리베이터 카를 구동시킨다. 바람직하게, 전원(10)과 컨버터(30) 사이에는 전원(10)으로부터 컨버터(30)로 입력되는 3상 교류 전원을 필터링하는 필터링부(20)가 배치되며, 컨버터(30)와 인터버(50) 사이에는 컨버터(30)에 의해 직류 전원을 충전하고 인터버로 직류 전원을 제공하는 DC 링크부(40)가 배치될 수 있다. The power conversion device for elevators largely consists of a power source (10) that provides three-phase AC power, a converter (30) that converts three-phase AC power to direct current, and a motor (60) that converts the power converted to direct current back into alternating current. It is provided with an inverter 50 that does the following. The inverter 50 applies AC power to the motor 60 to drive the elevator car. Preferably, a filtering unit 20 is disposed between the power source 10 and the converter 30 to filter the three-phase AC power input from the power source 10 to the converter 30, and the converter 30 and the inverter ( A DC link unit 40 may be disposed between 50) to charge DC power by the converter 30 and provide DC power to the inverter.
3-레벨 방식의 경우 3 레벨의 출력 전위(-VDC/2, 0, VDC/2)를 사용한다. 따라서 2-레벨 방식에 비하여 출력 전압의 변동률(dV/dt)이 절반으로 감소한다. 엘리베이터 시스템과 같은 계통 연계형 시스템에서 3-레벨 방식을 사용하면, 2-레벨 방식에 비해 출력 전압의 변동률이 절반으로 감소하기 때문에 출력 전류의 맥동(ripple)이 감소하고, 결과적으로 입/출력 필터의 크기를 줄일 수 있다. 입/출력 필터의 크기 감소 시, 엘리베이터 구동 시스템의 효율 증가 및 필터 원가 감소 등의 장점이 있다.In the case of the 3-level method, 3 levels of output potential (-V DC /2, 0, V DC /2) are used. Therefore, compared to the 2-level method, the output voltage variation rate (dV/dt) is reduced by half. When the 3-level method is used in a grid-connected system such as an elevator system, the fluctuation rate of the output voltage is reduced by half compared to the 2-level method, so the ripple of the output current is reduced, and as a result, the input/output filter The size can be reduced. When the size of the input/output filter is reduced, there are advantages such as increased efficiency of the elevator drive system and reduced filter cost.
도 2는 3-레벨 인터버 회로도의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram for explaining an example of a 3-level inverter circuit diagram.
도 2(a)는 3-레벨 NPC 타입의 회로도를 도시하고 있으며, 도 2(b)는 3-레벨 TNPC 타입의 회로도를 도시하고 있다. 도 2(a)와 도 2(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 3-level 인버터는 3 레벨의 전압을 출력하기 위해 4개의 스위치(T1, T2, T3, T4) 를 사용하며, T1과 T3, T2와 T4는 각각 상보적으로 동작한다. 3-레벨 인버터는 각 상당 4개씩 총 12개의 스위치를 사용하는데, 스위칭 상태에 따라 위쪽, 중성점, 아래쪽과 연결되어 각각 상위값, 중위값, 하위값(VDC/2, 0, -VDC/2)의 전압을 출력한다.Figure 2(a) shows a circuit diagram of a 3-level NPC type, and Figure 2(b) shows a circuit diagram of a 3-level TNPC type. As shown in Figures 2(a) and 2(b), the 3-level inverter uses four switches (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) to output 3 levels of voltage. , T 1 and T 3 , T 2 and T 4 each operate complementary. The 3-level inverter uses a total of 12 switches, 4 per phase. Depending on the switching state, they are connected to the upper, neutral, and lower points, and are connected to the upper, middle, and lower values (V DC /2, 0, -V DC /2), respectively. ) outputs a voltage of
아래 표1은 스위치 동작에 따른 출력 전압값을 설명하기 위한 표이다.Table 1 below is a table to explain the output voltage value according to switch operation.
3-레벨 인버터는 극 전압 명령 부호에 따라 한 스위칭 주기 동안 2가지 동작을 수행한다. 첫번째 동작은 극 전압 명령의 부호가 양인 경우로, Case 1과 Case 3을 사용하여 출력 전압을 합성한다. 두번째 동작은 극 전압 명령의 부호가 음인 경우로, Case 3과 Case 4를 사용하여 출력 전압을 합성한다. A three-level inverter performs two operations during one switching cycle depending on the polar voltage command sign. The first operation is when the sign of the polar voltage command is positive, and the output voltage is synthesized using Case 1 and Case 3. The second operation is when the sign of the polar voltage command is negative, and the output voltage is synthesized using Case 3 and Case 4.
도 2(a)를 참고로 3-레벨 NPC 타입의 회로도를 구체적으로 살펴보면, 각 레그는 4개의 스위치(T1, T2, T3, T4) 및 2개의 클램핑 다이오드(D5-, D6)로 구성되어 있으며, 스위칭 상태에 따라 각 상의 출력단이 직류단의 위쪽, P, 중성점, n, 아래쪽, N과 연결되어, 3-level의 극 전압을 사용한다. 3-level NPC 인버터는 구조적으로 직류단의 세 노드인 P, n, N과 각 상 출력단 사이에 2개의 스위칭 소자가 직렬 연결되기 때문에, 2-level 인버터와 동일한 스위칭 소자 사용 시 정격 전압의 크기가 2배로 증가하는 장점이 있다. Looking specifically at the circuit diagram of the 3-level NPC type with reference to Figure 2(a), each leg has four switches (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) and two clamping diodes (D 5 -, D 6 ), and depending on the switching state, the output terminal of each phase is connected to the upper, P, neutral point, n, lower, N of the DC terminal, and uses a 3-level polar voltage. 3-level NPC inverter structurally has two switching elements connected in series between the three nodes of the DC terminal (P, n, N) and the output terminal of each phase, so when using the same switching element as a 2-level inverter, the size of the rated voltage is It has the advantage of being doubled.
도 2(b)를 참고로 3-레벨 TNPC 타입 회로도를 구체적으로 살펴보면, 3-레벨 TNPC 인버터의 각 레그는 4개의 스위치로(T1, T2, T3, T4) 구성되어 있으며, 각 레그의 출력단과 직류단의 위쪽 또는 아래쪽 사이에는 T1과 T4가 존재하고, 각 레그의 출력단과 직류단의 중성점 사이에는 T2와 T3가 존재한다. 3-레벨 TNPC 인버터의 단락 사고 방지를 위해 T1과 T4는 동시에 켜지지 않는다. 구조적으로 3-레벨 TNPC 인버터의 T2와 T3는 스위칭 상태에 따라 Vdc/2의 전압이 인가되고, T1과 T4는 Vdc의 전압이 인가된다. 따라서 T2, T3와 T1, T4는 서로 다른 전기적 특성을 가지고, 이러한 전기적 특성은 사용 소자별로 다르게 나타난다. 3-레벨 TNPC 인버터의 출력단이 P 또는 N과 연결되는 경우, 전류는 T1 또는 T4를 통해 흐르고, 각 경우에 하나의 스위치 또는 다이오드만 도통한다. 따라서 항상 2개의 소자가 도통하는 3-레벨 NPC 인버터에 비해 도통 손실이 감소하는 장점이 있다. Looking at the 3-level TNPC type circuit diagram in detail with reference to Figure 2(b), each leg of the 3-level TNPC inverter is composed of four switches (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ), and each leg T 1 and T 4 exist between the output end of each leg and the top or bottom of the DC end, and T 2 and T 3 exist between the output end of each leg and the neutral point of the DC end. To prevent short circuit accidents in the 3-level TNPC inverter, T 1 and T 4 are not turned on at the same time. Structurally, a voltage of V dc /2 is applied to T 2 and T 3 of the 3-level TNPC inverter, and a voltage of V dc is applied to T 1 and T 4 depending on the switching state. Therefore, T 2 , T 3 and T 1 and T 4 have different electrical characteristics, and these electrical characteristics appear differently depending on the device used. When the output terminal of a 3-level TNPC inverter is connected to P or N, current flows through T 1 or T 4 and in each case only one switch or diode conducts. Therefore, it has the advantage of reducing conduction loss compared to a 3-level NPC inverter in which two elements always conduct.
3-레벨 컨버터 회로도는 앞서 설명한 도 2(a) 또는 도 2(b)와 동일한 구성으로 동일하게 작동하여 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.The 3-level converter circuit diagram operates in the same configuration as the previously described Figure 2(a) or Figure 2(b), so detailed description thereof will be omitted.
여기서 3-레벨 방식에서 상위값(Vdc/2) 또는 하위값(-Vdc/2)의 출력 전압은 정확하게 모니터링할 수 있으며 상위값 또는 하위값의 출력 전압을 제어하는 스위치가 고장난 경우 컨버터 또는 인버터의 기본적인 동작이 수행되지 않아 스위치의 고장 상태를 바로 확인할 수 있다. 그러나 중성점에 연결된 스위치(T2, T3)들 중 적어도 1개의 스위치가 고장난 경우 AC 전류의 한 주기에 다수의 고조파가 발생하여 전류 왜곡이 발생하는데, 이러한 전류 왜곡이 발생하더라도 컨버터 또는 인버터의 기본적인 동작은 수행되기 때문에 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 정확하고 실시간으로 진단하기 곤란하다는 문제점을 가진다.Here, in the three-level method, the output voltage of the upper value (V dc /2) or lower value (-V dc /2) can be accurately monitored, and if the switch that controls the output voltage of the upper or lower value fails, the converter or Since the basic operation of the inverter is not performed, the fault status of the switch can be immediately checked. However, if at least one of the switches (T 2 , T 3 ) connected to the neutral point fails, multiple harmonics are generated in one cycle of the AC current, causing current distortion. Even if such current distortion occurs, the basic function of the converter or inverter is Because the operation is performed, there is a problem that it is difficult to accurately and in real time diagnose the fault state of the switch connected to the neutral point.
예를 들어 3-레벨 인버터의 중성점에 연결된 스위치가 고장난 경우 이로 인해 발생하는 전류 왜곡은 모터의 진동이나 소음을 일으키게 되며, 관리자가 모터의 진동이나 소음에 기초하여 3-레벨 인버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 유추할 수 있으나 모터의 진동이나 소음이 장시간 발생 후에 민원이나 정기점검을 통해 사후 스위치의 고장 상태를 진단하기 때문에 실시간으로 스위치의 고장 상태를 모니터링하기 곤란하다. 또한 모터의 진동이나 소음을 일으키는 원인이 매우 다양하여 모터의 진동이나 소음이 스위치의 고장 상태으로부터 기인한 것인지 정확하게 진단하기 곤란하다.For example, if the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter breaks down, the resulting current distortion will cause vibration or noise in the motor, and the manager must change the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter based on the vibration or noise of the motor. Although it is possible to infer the malfunction state of the switch, it is difficult to monitor the malfunction state of the switch in real time because the malfunction state of the switch is diagnosed after a long period of vibration or noise from the motor occurs through civil complaints or regular inspection. In addition, the causes of motor vibration or noise are very diverse, making it difficult to accurately diagnose whether the motor vibration or noise is caused by a malfunction of the switch.
더욱이 3-레벨 컨버터는 2개의 커패시터가 직렬 연결된 DC 링크단에 접속되어 있으며 커패시터는 노이즈를 필터링하는 역활을 하기 때문에, 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치가 고장난 경우에도 모터부에 진동이나 소음도 발생시키지 않는다. 그러나 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장으로 인해 발생하는 전류 왜곡에 의해 3-레벨 컨버터의 스위치(T2와 T3를 포함한 모든 스위치)에 정격 용량을 초과하는 전원이 도통하는 경우 3-레벨 컨버터의 전체적인 고장을 일으킬 수 있다는 문제점을 가진다. Moreover, the 3-level converter is connected to the DC link terminal where two capacitors are connected in series, and the capacitor plays the role of filtering noise, so even if the switch connected to the neutral point of the 3-level converter breaks down, vibration or noise is generated in the motor unit. I don't order it. However, if power exceeding the rated capacity is conducted to the switches of the 3-level converter (all switches including T 2 and T 3 ) due to current distortion caused by a failure of the switch connected to the neutral point of the 3-level converter, 3- It has the problem of causing overall failure of the level converter.
본 발명은 위에서 언급한 3-레벨 인버터를 구비하는 엘리베이터용 전력변환장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 진단할 수 있는 엘리베이터용 전력변환장치를 제공하는 것이다.The present invention is intended to solve the problems of the power conversion device for elevators equipped with the 3-level inverter mentioned above. The purpose of the present invention is to prevent the failure of the 3-level inverter or the switch connected to the neutral point of the 3-level converter. The aim is to provide a power conversion device for elevators that can diagnose the condition.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장시 고조파의 성분이 증가한다는 사실에 기인하여 컨버터로 인가되는 전류 또는 인버터로부터 출력되는 전류를 주파수 성분으로 변환하고 변환한 주파수 성분에서 n차 고조파 성분을 모니터링하여 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 실시간으로 정확하게 진단할 수 있는 엘리베이터용 전력변환장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to convert the current applied to the converter or the current output from the inverter into a frequency component due to the fact that the harmonic component increases when the 3-level inverter or the switch connected to the neutral point of the 3-level converter fails. The aim is to provide a power conversion device for an elevator that can accurately diagnose in real time the fault state of a 3-level inverter or a switch connected to the neutral point of a 3-level converter by converting and monitoring the nth harmonic component from the converted frequency component.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치는 3상 교류 전원을 제공하는 전원부와, 3상 교류 전원을 인가받아 직류 전원을 생성하는 컨버터부와, 생성한 직류 전원으로부터 3상 교류 전원을 생성하는 인버터부와, 생성한 3상 교류 전원을 공급받아 구동되는 모터부와, 전원부로부터 컨버터부로 인가되는 전류를 센싱하여 컨버터부의 고장 상태를 진단하는 진단부를 포함하며, 여기서 컨버터부와 인버터부는 모두 3-레벨 방식이거나 컨버터와 인버터부 중 어느 하나가 3-레벨 방식인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the purpose of the present invention, the power conversion device for an elevator according to the present invention includes a power supply unit that provides three-phase AC power, a converter unit that receives the three-phase AC power and generates DC power, and three It includes an inverter unit that generates phase AC power, a motor unit that is driven by receiving the generated three-phase AC power, and a diagnostic unit that diagnoses the fault state of the converter unit by sensing the current applied from the power unit to the converter unit, where the converter unit Both the and inverter units are characterized by a 3-level system, or one of the converter and inverter units is a 3-level system.
바람직하게, 본 발명에 따른 진단부는 전원부로부터 컨버터부로 인가되는 3상 교류 전류의 크기를 센싱하는 제1 센싱부와, 제1 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류를 주파수 성분으로 변환하는 변환부와, 제1 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류의 각 주파수 성분 중 설정한 n차 고조파 성분을 추출하고 추출한 n차 고조파 성분의 크기가 임계값을 초과하는지 여부로 컨버터부의 고장 상태를 진단하는 고장 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the diagnostic unit according to the present invention includes a first sensing unit that senses the magnitude of the three-phase alternating current applied from the power supply unit to the converter unit, a conversion unit that converts the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit into a frequency component, and , Fault diagnosis that extracts a set nth harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit and diagnoses the fault state of the converter unit based on whether the size of the extracted nth harmonic component exceeds the threshold. It is characterized by including wealth.
바람직하게, 본 발명에 따른 진단부는 인버터부에서 모터로 공급되는 3상 교류 전류의 크기를 센싱하는 제2 센싱부를 더 포함하며, 변환부는 제2 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류를 주파수 성분으로 변환하며, 고장 진단부는 제2 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류의 각 주파수 성분 중 설정한 n차 고조파 성분을 추출하고, 추출한 n차 고조파 성분의 크기가 임계값을 초과하는지 여부로 인버터부의 고장 상태를 진단를 진단하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the diagnostic unit according to the present invention further includes a second sensing unit that senses the magnitude of the three-phase alternating current supplied from the inverter unit to the motor, and the converting unit converts the three-phase alternating current sensed by the second sensing unit into a frequency component. The fault diagnosis unit extracts a set nth harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the second sensing unit, and detects a failure of the inverter unit based on whether the size of the extracted nth harmonic component exceeds the threshold. It is characterized by diagnosing the condition.
여기서 설정한 n차 고조파 성분은 2차 고조파 성분인 것을 특징으로 한다.The nth harmonic component set here is characterized as a second harmonic component.
여기서 3-레벨 컨버터를 구성하는 스위치 중 중성점과 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하거나, 3-레벨 인버터를 구성하는 스위치 중 중성점과 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다.Here, it is characterized by diagnosing the fault state of a switch connected to a neutral point among the switches forming a 3-level converter, or diagnosing a fault state of a switch connected to a neutral point among the switches forming a 3-level inverter.
여기서 3-레벨 컨버터는 3-레벨 NPC 컨버터 또는 3-레벨 TNPC 컨버터이며, 3-레벨 인버터는 3-레벨 NPC 인버터 또는 3-레벨 TNPC 인버터인 것을 특징으로 한다.Here, the 3-level converter is a 3-level NPC converter or a 3-level TNPC converter, and the 3-level inverter is a 3-level NPC inverter or a 3-level TNPC inverter.
바람직하게, 본 발명에 따른 변환부는 제1 센싱부 또는 제2 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전원을 직교좌표계로 변환하는 좌표 변환부와, 좌표 변환한 3상 교류 전원을 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the conversion unit according to the present invention includes a coordinate conversion unit that converts the three-phase AC power sensed by the first or second sensing unit into a Cartesian coordinate system, and a frequency converter that converts the coordinate-converted three-phase AC power into a frequency component. It is characterized by including a conversion unit.
본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치는 다음과 같은 효과를 가진다.The power conversion device for an elevator according to the present invention has the following effects.
본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치는 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 실시간으로 진단함으로써, 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터가 고장하는 것을 미리 예방할 수 있다.The power conversion device for an elevator according to the present invention can prevent the 3-level inverter or 3-level converter from failing in real time by diagnosing the failure status of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or 3-level converter. .
또한, 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치는 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장시 고조파의 성분이 증가한다는 사실에 기인하여 컨버터로 인가되는 전류 또는 인버터로부터 출력되는 전류를 주파수 성분으로 변환하고 변환한 주파수 성분에서 추출한 n차 고조파 성분이 임계값을 초과하는지 여부로 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 진단함으로써, 3-레벨 인버터 또는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 여부를 실시간으로 정확하게 진단할 수 있다.In addition, the power conversion device for an elevator according to the present invention is due to the fact that the harmonic component increases when the 3-level inverter or the switch connected to the neutral point of the 3-level converter fails, and the current applied to the converter or the current output from the inverter By converting to a frequency component and diagnosing the fault state of a switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or 3-level converter based on whether the nth harmonic component extracted from the converted frequency component exceeds the threshold, the 3-level inverter or It is possible to accurately diagnose in real time whether the switch connected to the neutral point of the 3-level converter is faulty.
도 1은 3-레벨 컨버터와 3-레벨 인버터를 사용하는 엘리베이터용 전력변환장치의 일 예를 도시하고 있다.
도 2는 3-레벨 인터버 회로도의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치를 설명하기 위한 기능블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 진단부의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 5는 인버터부에서 모터로 인가되는 전류를 직교변환하여 생성되는 직교 좌표계의 전류 파형의 일 예를 도시하고 있다.
도 6은 직교좌표계의 전류를 FFT 변환하여 주파수 성분으로 변환한 예를 도시하고 있다.Figure 1 shows an example of a power conversion device for an elevator using a 3-level converter and a 3-level inverter.
Figure 2 is a diagram for explaining an example of a 3-level inverter circuit diagram.
Figure 3 is a functional block diagram for explaining the power conversion device for an elevator according to the present invention.
Figure 4 is a functional block diagram for explaining an example of a diagnostic unit according to the present invention.
Figure 5 shows an example of a current waveform in an orthogonal coordinate system generated by orthogonal conversion of the current applied from the inverter unit to the motor.
Figure 6 shows an example of converting a current in a rectangular coordinate system into a frequency component through FFT conversion.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention, unless specifically defined in a different sense in the present invention, should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains, and are not overly comprehensive. It should not be interpreted in a literal or excessively reduced sense. Additionally, if the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the idea of the present invention, it should be replaced with a technical term that can be correctly understood by a person skilled in the art.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, as used in the present invention, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as “consists of” or “comprises” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the invention, and some of the components or steps are included. It may not be possible, or it should be interpreted as including additional components or steps.
또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.In addition, it should be noted that the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the attached drawings.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치에 대해 보다 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, the power conversion device for an elevator according to the present invention will be examined in more detail with reference to the attached drawings.
도 3은 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치를 설명하기 위한 기능블록도이다.Figure 3 is a functional block diagram for explaining the power conversion device for an elevator according to the present invention.
컨버터부(130)는 3상 교류 전원을 인가받아 직류 전원을 생성하며, 생성한 직류 전원은 DC 링크부(150)에 DC 전원으로 저장된다. 바람직하게, 3상 교류 전원은 컨버터부(130)로 제공되기 전에 필터부(110)를 통해 노이즈가 제거된다. 여기서 필터부(110), 컨버터부(130) 및 DC 링크부(150)는 3상 교류 전원을 소스로 직류 전원으로 생성하는 동작을 수행하는데, 필터부(110), 컨버터부(130) 및 DC 링크부(150)의 동작은 앞서 도 1을 참고로 설명한 필터부(20), 컨버터부(30) 및 DC 링크부(40)와 동일하다.The converter unit 130 receives three-phase AC power and generates DC power, and the generated DC power is stored in the DC link unit 150 as DC power. Preferably, noise is removed from the three-phase AC power through the filter unit 110 before being provided to the converter unit 130. Here, the filter unit 110, converter unit 130, and DC link unit 150 perform an operation of generating DC power from three-phase AC power as a source. The filter unit 110, converter unit 130, and DC The operation of the link unit 150 is the same as the filter unit 20, converter unit 30, and DC link unit 40 described above with reference to FIG. 1.
한편 인버터부(170)는 DC 링크부(150)의 DC 전원을 교류 전원으로 변환 생성한다. 변환 생성한 3상 교류 전원은 모터로 인가되어 모터를 구동한다. 즉 인버터부(170)는 DC 링크부(150)의 DC 전원을 소스로 모터로 인가되는 3상 교류 전원을 생성하는데, DC 링크부(150)와 인버터부(170)의 동작은 앞서 도 1을 참고로 설명한 DC 링크부(40) 및 인버터부(50)와 동일하다.Meanwhile, the inverter unit 170 converts the DC power of the DC link unit 150 into alternating current power. The converted three-phase AC power is applied to the motor and drives the motor. That is, the inverter unit 170 uses the DC power of the DC link unit 150 as a source to generate three-phase AC power applied to the motor. The operation of the DC link unit 150 and the inverter unit 170 is as shown in FIG. 1. It is the same as the DC link unit 40 and inverter unit 50 described for reference.
본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치에서 컨버터부(130)와 인버터부(170)는 각각 3-레벨 컨버터와 3-레벨 인터버가 사용되는데, 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 모니터링 진단하거나 3-레벨 인터버의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 모니터링 진단하기 위한 진단부(190)를 구비하고 있다. 진단부(190)는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하기 위하여 필터부(110)로부터 컨버터부(130)로 인가되는 전류를 센싱하고 센싱한 전류를 주파수 성분으로 변환 후 n차 고조파의 크기가 설정한 임계값보다 큰지 여부로 3-레벨 컨버터부의 중성점에 연결된 스위치의 고장여부를 진단하거나 인버터부(170)에서 모터로 인가되는 전류를 센싱하고 센싱한 전류를 주파수 성분으로 변환 후 n차 고조파의 크기가 설정한 임계값보다 큰지 여부로 3-레벨 인버터부의 중성점에 연결된 스위치의 고장여부를 진단한다.In the power conversion device for an elevator according to the present invention, the converter unit 130 and the inverter unit 170 use a 3-level converter and a 3-level inverter, respectively. The power conversion device for an elevator according to the present invention uses a 3-level converter. It is provided with a diagnostic unit 190 for monitoring and diagnosing the malfunction of a switch connected to the neutral point of the converter or to monitoring and diagnosing the malfunction of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter. The diagnosis unit 190 senses the current applied from the filter unit 110 to the converter unit 130 in order to diagnose the fault state of the switch connected to the neutral point of the 3-level converter, converts the sensed current into a frequency component, and then converts the sensed current into a frequency component. Diagnose the failure of the switch connected to the neutral point of the 3-level converter unit by determining whether the size of the second harmonic is greater than the set threshold, or detect the current applied to the motor from the inverter unit 170 and convert the sensed current into a frequency component. Then, the failure of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter unit is diagnosed based on whether the size of the nth harmonic is greater than the set threshold.
도 4는 본 발명에 따른 진단부의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도이다.Figure 4 is a functional block diagram for explaining an example of a diagnostic unit according to the present invention.
도 4를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 제1 센싱부(191)는 3-레벨 컨버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하기 위하여 필터부로부터 컨버터부로 인가되는 전류를 센싱한다.Looking in more detail with reference to FIG. 4, the first sensing unit 191 senses the current applied from the filter unit to the converter unit in order to diagnose the fault state of the switch connected to the neutral point of the 3-level converter.
좌표변환부(195)는 제1 센싱부(191)에서 센싱한 3상 전류(Ia, Ib, Ic) 전류를 직교 좌표계의 전류(Id, Iq)로 변환하며, 주파수 변환부(196)는 직교 좌표계의 전류(Id, Iq)를 다시 주파수 성분으로 변환한다. 보다 구체적으로 살펴보면, 좌표변환부(195)는 필터부로부터 컨버터부로 인가되는 3상 전류 Ia, Ib, Ic를 좌표 변환하여 D-Q축 정지좌표계의 전류로 좌표변환하고, 이를 다시 동기좌표계의 전류로 좌표변환을 수행한다. 주파수 변환부(196)는 최종적으로 동기좌표계의 D-Q 축 전류인 ids와 iqs를 주파수 변환, 예를 들어 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 각 주파수별 전류의 크기의 분석을 수행한다.The coordinate conversion unit 195 converts the three-phase current (I a , I b , I c ) sensed by the first sensing unit 191 into current (I d , I q ) in the orthogonal coordinate system, and the frequency conversion unit (196) converts the current (I d , I q ) in the Cartesian coordinate system back into frequency components. Looking more specifically, the coordinate conversion unit 195 converts the coordinates of the three-phase currents I a , I b , and I c applied from the filter unit to the converter unit into currents in the DQ-axis stationary coordinate system, and converts them into currents in the synchronous coordinate system. Perform coordinate transformation using current. The frequency converter 196 finally performs frequency conversion, for example, FFT (Fast Fourier Transform), on the DQ axis currents i ds and i qs of the synchronous coordinate system to analyze the size of the current for each frequency.
고장 진단부(197)는 주파수 성분에서 n차 고조파 성분을 추출하고 추출한 고조파 성분이 설정한 제1 임계값을 초과하는지 여부로 컨버터부의 중성점에 연결된 스위치의 고장 여부를 판단한다.The fault diagnosis unit 197 extracts the nth harmonic component from the frequency component and determines whether the switch connected to the neutral point of the converter unit is broken based on whether the extracted harmonic component exceeds a set first threshold.
한편 제2 센싱부(193)는 3-레벨 인버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하기 위하여 인버터부로부터 모터부로 인가되는 전류를 센싱한다.Meanwhile, the second sensing unit 193 senses the current applied from the inverter unit to the motor unit to diagnose the fault state of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter.
좌표변환부(195)는 제2 센싱부(193)에서 센싱한 3상 전류(Ias, Ibs, Ics) 전류를 직교 좌표계의 전류(Ids, Iqs)로 변환하며, 주파수 변환부(196)는 직교 좌표계의 전류(Ids, Iqs)를 다시 주파수 성분으로 변환한다. The coordinate conversion unit 195 converts the three-phase current (I as , I bs , I cs ) sensed by the second sensing unit 193 into current (I ds , I qs ) in the orthogonal coordinate system, and the frequency conversion unit (196) converts the current (I ds , I qs ) in the Cartesian coordinate system back into frequency components.
고장 진단부(197)는 주파수 성분에서 n차 고조파 성분을 추출하고 추출한 고조파 성분이 설정한 제2 임계값을 초과하는지 여부로 인버터부의 중성점에 연결된 스위치의 고장 여부를 판단한다.The fault diagnosis unit 197 extracts the nth harmonic component from the frequency component and determines whether the switch connected to the neutral point of the inverter unit is broken based on whether the extracted harmonic component exceeds a set second threshold.
여기서 제1 임계값 또는 제2 임계값은 엘리베이터가 구동되는 현장에서 컨버터 또는 인터버의 중성점에 연결된 스위치가 모두 정상적으로 동작시 나타나는 n차 고조파 성분의 크기에 기초하여 설정되거나, 엘리베이터가 제조되는 공장에서 컨버터 또는 인터버의 중성점에 연결된 스위치가 모두 정상적으로 동작시 나타나는 n차 고조파 성분의 크기에 기초하여 설정될 수 있다.Here, the first or second threshold is set based on the size of the nth harmonic component that appears when all switches connected to the neutral point of the converter or inverter operate normally at the site where the elevator is operated, or at the factory where the elevator is manufactured. All switches connected to the neutral point of the converter or inverter can be set based on the size of the nth harmonic component that appears when operating normally.
바람직하게, 본 발명에 따른 진단부(190)는 알람부(199)를 더 포함하는데, 알람부(199)는 변환한 주파수 성분 중 n차 고조파 성분이 제1 임계값 또는 제2 임계값보다 큰 경우 알람 신호를 출력한다. 예를 들어 알람부(199)는 변환한 주파수 성분 중 n차 고조파 성분이 제1 임계값 또는 제2 임계값보다 큰 경우 알람음을 출력하기 위한 신호를 스피커로 전송하거나 알람 메시지를 출력하기 위한 신호를 디스플레이부로 전송할 수 있다.Preferably, the diagnosis unit 190 according to the present invention further includes an alarm unit 199, where the nth harmonic component among the converted frequency components is greater than the first threshold or the second threshold. In this case, an alarm signal is output. For example, if the nth harmonic component among the converted frequency components is greater than the first or second threshold, the alarm unit 199 transmits a signal for outputting an alarm sound to the speaker or a signal for outputting an alarm message. can be transmitted to the display unit.
더욱 바람직하게, 알람부(199)는 통신 수단을 구비할 수 있는데, 변환한 주파수 성분 중 n차 고조파 성분이 제1 임계값 또는 제2 임계값보다 큰 경우 통신 수단을 통해 지정한 관리자 단말기로 알람 신호를 전송할 수 있다.More preferably, the alarm unit 199 may be provided with a communication means, and when the nth harmonic component among the converted frequency components is greater than the first threshold or the second threshold, an alarm signal is sent to the designated administrator terminal through the communication means. can be transmitted.
도 5는 인버터부에서 모터로 인가되는 전류를 직교변환하여 생성되는 직교 좌표계의 전류 파형의 일 예를 도시하고 있다. 도 5에서 직교좌표계의 전류 파형에서는 n차 고조파 성분의 주파수 성분을 확인하기 곤란하다.Figure 5 shows an example of a current waveform in an orthogonal coordinate system generated by orthogonal conversion of the current applied from the inverter unit to the motor. In Figure 5, it is difficult to check the frequency component of the nth harmonic component in the current waveform in the orthogonal coordinate system.
도 6은 직교좌표계의 전류를 FFT 변환하여 주파수 성분으로 변환한 예를 도시하고 있다.Figure 6 shows an example of converting a current in a rectangular coordinate system into a frequency component through FFT conversion.
도 6(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 인버터의 중성점에 연결된 스위치가 정상적으로 동작하는 경우 n차 고조파, 특히 2차 고조파 성분의 크기가 작게 나타난다. 그러나 도 6(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 인버터의 중성점에 연결된 스위치(T2, T3) 중 어느 하나가 고장난 경우 AC 전류의 한 주기에 다수의 고조파가 발생하여 n차 고조파, 특히 2차 고조파 성분의 크기가 설정한 임계값보다 크게 나타나는 전류 왜곡이 발생한다. As shown in FIG. 6(a), when the switch connected to the neutral point of the inverter operates normally, the size of the nth harmonic, especially the second harmonic component, appears small. However, as shown in Figure 6(b), if any one of the switches (T 2 , T 3 ) connected to the neutral point of the inverter fails, multiple harmonics are generated in one cycle of the AC current, resulting in nth harmonics, especially the 2nd harmonic. Current distortion occurs where the size of the second harmonic component appears larger than the set threshold.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached registration claims.
110: 필터부 130: 컨버터부
150: DC 링크부 170: 인버터부
190: 진단부 191: 제1 센싱부
193: 제2 센싱부 195: 좌표 변환부
196: 주파수 변환부 197: 고장 진단부
199: 알람부110: filter unit 130: converter unit
150: DC link unit 170: Inverter unit
190: Diagnosis unit 191: First sensing unit
193: second sensing unit 195: coordinate conversion unit
196: frequency conversion unit 197: fault diagnosis unit
199: Alarm unit
Claims (8)
상기 3상 교류 전원을 인가받아 직류 전원을 생성하는 컨버터부;
생성한 상기 직류 전원으로부터 3상 교류 전원을 생성하는 인버터부;
생성한 상기 3상 교류 전원을 공급받아 구동되는 모터부;
상기 전원부로부터 상기 컨버터부로 인가되는 전류를 센싱하여 상기 컨버터부의 고장 상태를 진단하는 진단부; 및
상기 진단부에서 상기 컨버터부를 고장 상태로 진단하면 알람 신호를 생성하는 알람부를 포함하고,
상기 알람부는 통신 수단을 구비하며, 상기 통신 수단을 통해 상기 알람 신호를 지정된 관리자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
A power unit that provides three-phase AC power;
A converter unit that receives the three-phase alternating current power and generates direct current power;
an inverter unit that generates three-phase alternating current power from the generated direct current power;
A motor unit driven by receiving the generated three-phase AC power;
a diagnostic unit that senses a current applied from the power supply unit to the converter unit and diagnoses a failure state of the converter unit; and
An alarm unit that generates an alarm signal when the diagnostic unit diagnoses the converter unit as a failure state,
The alarm unit is provided with a communication means, and transmits the alarm signal to a designated manager terminal through the communication means.
상기 컨버터부와 상기 인버터부 중 적어도 어느 하나는 3-레벨 방식인 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
According to claim 1,
A power conversion device for an elevator, characterized in that at least one of the converter unit and the inverter unit is a 3-level type.
상기 전원부로부터 상기 컨버터부로 인가되는 3상 교류 전류의 크기를 센싱하는 제1 센싱부;
상기 제1 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류를 주파수 성분으로 변환하는 변환부; 및
상기 제1 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류의 각 주파수 성분 중 설정한 고조파 성분을 추출하고, 추출한 고조파 성분의 크기가 임계값을 초과하는지 여부로 상기 컨버터부의 고장 상태를 진단하는 고장 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
The method of claim 2, wherein the diagnostic unit
a first sensing unit that senses the magnitude of a three-phase alternating current applied from the power supply unit to the converter unit;
A conversion unit that converts the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit into a frequency component; and
It includes a fault diagnosis unit that extracts a set harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit and diagnoses the fault state of the converter unit based on whether the size of the extracted harmonic component exceeds a threshold. A power conversion device for an elevator, characterized in that.
상기 인버터부에서 상기 모터로 공급되는 3상 교류 전류의 크기를 센싱하는 제2 센싱부를 더 포함하며,
상기 변환부는 제2 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류를 주파수 성분으로 변환하며,
상기 고장 진단부는 상기 제2 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전류의 각 주파수 성분 중 설정한 고조파 성분을 추출하고, 추출한 고조파 성분의 크기가 임계값을 초과하는지 여부로 상기 인버터부의 고장 상태를 진단를 진단하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
The method of claim 3, wherein the diagnostic unit
It further includes a second sensing unit that senses the magnitude of the three-phase alternating current supplied from the inverter unit to the motor,
The conversion unit converts the three-phase alternating current sensed by the second sensing unit into a frequency component,
The fault diagnosis unit extracts a set harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the second sensing unit, and diagnoses the fault state of the inverter unit based on whether the size of the extracted harmonic component exceeds a threshold. A power conversion device for an elevator, characterized in that.
설정한 고조파 성분은 2차 고조파 성분인 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
According to claim 3 or 4,
A power conversion device for an elevator, characterized in that the set harmonic component is a second harmonic component.
상기 3-레벨 컨버터를 구성하는 스위치 중 중성점과 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하거나,
상기 3-레벨 인버터를 구성하는 스위치 중 중성점과 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
According to claim 5,
Diagnose the malfunction of a switch connected to a neutral point among the switches constituting the 3-level converter, or
A power conversion device for an elevator, characterized in that it diagnoses the failure state of a switch connected to the neutral point among the switches constituting the 3-level inverter.
상기 3-레벨 컨버터는 3-레벨 NPC 컨버터 또는 3-레벨 TNPC 컨버터이며,
상기 3-레벨 인버터는 3-레벨 NPC 인버터 또는 3-레벨 TNPC 인버터인 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
According to claim 6,
The 3-level converter is a 3-level NPC converter or a 3-level TNPC converter,
A power conversion device for an elevator, characterized in that the 3-level inverter is a 3-level NPC inverter or a 3-level TNPC inverter.
상기 제1 센싱부 또는 제2 센싱부에서 센싱한 3상 교류 전원을 직교좌표계로 변환하는 좌표 변환부;
좌표 변환한 3상 교류 전원을 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.The method of claim 4, wherein the conversion unit
a coordinate conversion unit that converts the three-phase AC power sensed by the first or second sensing unit into a Cartesian coordinate system;
A power conversion device for an elevator, comprising a frequency conversion unit that converts coordinate-converted three-phase AC power into frequency components.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210050951A KR102613335B1 (en) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | Apparatus for driving motor for elevator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210050951A KR102613335B1 (en) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | Apparatus for driving motor for elevator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220144527A KR20220144527A (en) | 2022-10-27 |
| KR102613335B1 true KR102613335B1 (en) | 2023-12-14 |
Family
ID=83810284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210050951A KR102613335B1 (en) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | Apparatus for driving motor for elevator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102613335B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322611B1 (en) * | 2012-06-12 | 2013-10-29 | 현대엘리베이터주식회사 | Reducing method for total harmonic distortion ratio of pwm converter for driving elevator |
| KR101434849B1 (en) * | 2014-05-07 | 2014-09-05 | 주식회사 이온 | Method for switching element turn-over and pwm of vector control using three phase tnpc 3level converter and inverter |
| JP2019195231A (en) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | 株式会社日立製作所 | Electric power conversion system and abnormality detection method |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2734699C (en) * | 2008-08-22 | 2014-03-25 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power conversion apparatus |
| KR102046920B1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-11-20 | 한전케이디엔주식회사 | Apparattus for monitoring of power system |
| KR20210085103A (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 현대엘리베이터주식회사 | Apparatus for driving motor for elevator |
-
2021
- 2021-04-20 KR KR1020210050951A patent/KR102613335B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322611B1 (en) * | 2012-06-12 | 2013-10-29 | 현대엘리베이터주식회사 | Reducing method for total harmonic distortion ratio of pwm converter for driving elevator |
| KR101434849B1 (en) * | 2014-05-07 | 2014-09-05 | 주식회사 이온 | Method for switching element turn-over and pwm of vector control using three phase tnpc 3level converter and inverter |
| JP2019195231A (en) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | 株式会社日立製作所 | Electric power conversion system and abnormality detection method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220144527A (en) | 2022-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | A fast diagnosis method for both IGBT faults and current sensor faults in grid-tied three-phase inverters with two current sensors | |
| Gou et al. | An open-switch fault diagnosis method for single-phase PWM rectifier using a model-based approach in high-speed railway electrical traction drive system | |
| US8937796B2 (en) | Variable frequency drive and methods for filter capacitor fault detection | |
| US8476859B2 (en) | DC power for SGCT devices using a high frequency current loop with multiple current transformers | |
| US7269037B2 (en) | Power supply with a direct converter | |
| Liu et al. | Review of fault diagnosis and fault-tolerant control for modular multilevel converter of HVDC | |
| CN105027415B (en) | Power-converting device | |
| JPWO2021124459A1 (en) | Power conversion system | |
| Mehta et al. | Fault diagnosis in five-level CHB inverter using normalization factor and THD analysis | |
| KR102613335B1 (en) | Apparatus for driving motor for elevator | |
| KR100734050B1 (en) | Feed-back control method | |
| Raj et al. | Open transistor fault detection in asymmetric multilevel inverter | |
| JP2015042044A (en) | Voltage type multilevel converter | |
| Tian et al. | An on-line fault diagnostic method based on frequency-domain analysis for IGBTs in traction PWM rectifiers | |
| Abuelnaga et al. | Open circuit IGBT fault classification using phase current in a CHB converter | |
| Becker et al. | Switch Fault detection and localization for T-Type Converter | |
| KR20120097571A (en) | Apparatus and method for fault detection of switch in indirect matrix converter | |
| Ren et al. | A fast average model-based method for IGBT and current sensor fault diagnosis in grid-tied inverters | |
| KR20210085103A (en) | Apparatus for driving motor for elevator | |
| CN112236931B (en) | Phase failure detection device for power conversion device | |
| Guo et al. | A double-voltage vector based model predictive control method for three phase four-switch fault-tolerant converter | |
| Yu et al. | A Sensor Fault Diagnosis Method for Rectifier Used in Traction Systems | |
| JPH04365770A (en) | Control device for elevator | |
| KR20100050159A (en) | Apparatus and computer readable storage medium for processing method of continuous operation by decreasing capacity | |
| CN104730380B (en) | Fault detection device, method and system for filter of generator set |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |