KR20090029315A - Operating a three phase device using single phase power - Google Patents

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KR20090029315A
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오티스 엘리베이터 컴파니
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Abstract

A powering arrangement (32, 34) for a device (30, 22) that normally operates on three phase power has the capability of operating based upon single phase power. One disclosed technique includes estimating a direct component based upon a measured voltage across the leads coupled with the single phase power supply. The quadrature component is estimated based upon a numerical derivative of the direct component. The direct component is also provided to a current regulator in a feed forward control manner, which minimizes error.

Description

단상 전력을 사용하여 3상 장치를 작동하는 방법{OPERATING A THREE PHASE DEVICE USING SINGLE PHASE POWER}How to operate a three-phase device using single-phase power {OPERATING A THREE PHASE DEVICE USING SINGLE PHASE POWER}

본 발명은 일반적으로 전력 제어 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 3상 전력으로 통상 작동하는 장치에 단상 전력을 제공하는 것에 관한 것이다.The present invention generally relates to a power control system. In particular, the present invention relates to providing single phase power to devices that normally operate with three phase power.

전기 모터는 잘 알려져 있고 광범위하게 사용된다. 전기 모터는 다양한 크기 및 종류로 나타난다. 전기 모터의 사용에 대한 일 예는, 예를 들어 승강로를 통해 엘리베이터 차체를 상승 또는 하강시키기 위한 구동 쉬브(sheave)를 이동시키는 엘리베이터 기계에 나타난다.Electric motors are well known and widely used. Electric motors come in a variety of sizes and types. One example of the use of an electric motor is shown in an elevator machine that moves a drive sheave for raising or lowering the elevator car, for example, via a hoistway.

최근, 재생식 구동 기계가 엘리베이터 시스템에 도입되었다. 재생식 구동 기계는, 제1 방향으로 승강로를 통해 카 및 균형추를 이동시키기 위해 전원으로부터 전력을 공급받고 카 및 균형추를 반대 방향으로 이동시키려 할 때 전원으로 역제공되는 전력을 발생시키는 전기 모터를 포함한다. 구동 기계가 구동 쉬브를 적당하게 이동되도록 허용하는 동안 카 및 균형추의 무게가 소정의 이동을 초래하는 경우, 재생식 구동부는 전기 모터가 발전기로 작용하는 능력을 이용한다.Recently, regenerative drive machines have been introduced into elevator systems. The regenerative drive machine includes an electric motor that receives power from the power source to move the car and counterweight through the hoistway in the first direction and generates power back to the power source when attempting to move the car and counterweight in the opposite direction. do. The regenerative drive utilizes the ability of the electric motor to act as a generator when the weight of the car and counterweight causes a certain movement while the drive machine allows the drive sheave to move properly.

이러한 재생식 구동 기계는 3상 전력 입력에 작동한다. 3상 전력 입력이 불가능한 경우가 있다. 예를 들어, 초기 엘리베이터 시스템이 설치되는 동안, 일반적으로 3상 전원은 건축 부지에 사용될 수 없다. 엘리베이터 시스템이 설치되는 동안, 단지 단상 전력만이 사용될 수 있다. 많은 경우에, 설치되는 동안 적어도 제한된 모드에서 엘리베이터를 이동시킬 수 있도록 요구된다. 문제점은 3상 전력 없이, 재생식 3상 구동 기계가 작동될 수 없고, 따라서 엘리베이터의 설치 시에 사용될 수 없다는 것이다.This regenerative drive machine operates on three-phase power input. Three-phase power input may not be possible. For example, while an initial elevator system is being installed, three phase power sources are generally not available for building sites. While the elevator system is installed, only single phase power can be used. In many cases, it is required to be able to move the elevator at least in limited mode during installation. The problem is that without three-phase power, the regenerative three-phase drive machine cannot be operated and thus cannot be used in the installation of the elevator.

3상 전력이 이용 불가능한 경우, 엘리베이터 설치 동안에도 재생식 3상 구동 기계를 이용할 필요가 있다. 3상 전력이 이용 불가능한 때에도, 3상 장치가 유용한 다른 경우가 있다. 본 발명은 3상 장치를 작동하기 위한 단상 전력을 제공할 수 있는 필요성을 해결한다.If three-phase power is not available, it is necessary to use regenerative three-phase drive machines even during elevator installation. Even when three-phase power is unavailable, there are other cases where a three-phase device is useful. The present invention addresses the need to be able to provide single phase power for operating a three phase device.

단상 입력 전력을 사용하여 3상 장치에 전력을 제공하기 위한 하나의 예시적으로 개시된 컨버터 장치는, 단상 입력 전력에 기초하여 추정 직접 성분(estimated direct component)과 추정 직교 성분(estimated quadrature component)을 사용하는 위상 동기 루프(phase locked loop; PLL)부를 포함한다. One exemplary disclosed converter device for providing power to a three phase device using single phase input power uses an estimated direct component and an estimated quadrature component based on the single phase input power. A phase locked loop (PLL) unit is included.

일 예로, 직접 성분은 단상 입력 전력의 측정 전압에 기초하여 추정된다. 직교 성분은 추정 직접 성분의 수치 도함수에 기초하여 추정된다. 일 예로, 수치 도함수는 입력 전력의 주파수에 기초하여 스케일된다.In one example, the direct component is estimated based on the measured voltage of the single phase input power. Orthogonal components are estimated based on the numerical derivative of the estimated direct components. In one example, the numerical derivative is scaled based on the frequency of the input power.

일 예로, 전류 조절기부는, 3상 장치에 전류를 공급할 때 오류를 최소화하기 위한 피드 포워드 입력부로서 단상 입력 전력의 추정 직접 성분을 사용한다.As an example, the current regulator uses an estimated direct component of the single phase input power as a feed forward input to minimize errors when supplying current to the three phase device.

개시된 예시적인 배열체는 장치를 작동하기 위해 단지 단상 전력만이 가능한 경우에도 재생식 3상 장치를 사용하기 용이하게 한다.The exemplary arrangement disclosed facilitates the use of a regenerative three phase device even if only single phase power is available to operate the device.

본 발명의 다양한 특징 및 장점들은 바람직한 본 실시예의 상세한 이하의 설명을 통해 당업자에게 명백해질 것이다. 상세한 설명을 수반하는 도면은 다음과 같이 간단하게 설명될 수 있다.Various features and advantages of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the present preferred embodiment. The drawings with the detailed description can be briefly described as follows.

도1은 엘리베이터 시스템(20)의 선택된 부분을 도시하는 개략도이다. 구동 기계(22)는 예를 들어 로핑(24)을 추진시켜 공지된 방법으로 승강로를 통해 엘리베이터 카(26)와 균형추(28)의 소정의 이동을 가능하도록 하는 전기 모터를 포함한다. 이러한 예에서, 구동 기계(22)는 공지된 모터 작동 원리에 따라 발전기 모드에서 전력을 제공하기 위해 전기 모터가 사용될 수 있도록 재생식 3상 기계를 포함한다. 이러한 예에서, 구동 기계(22)는 일반적으로 3상 전기 전력에 기초하여 작동하는 전기 모터를 포함한다.1 is a schematic diagram illustrating selected portions of an elevator system 20. The drive machine 22 includes, for example, an electric motor that propels the roping 24 to enable a predetermined movement of the elevator car 26 and the counterweight 28 via a hoistway in a known manner. In this example, the drive machine 22 comprises a regenerative three phase machine such that the electric motor can be used to provide power in generator mode according to known motor operating principles. In this example, the drive machine 22 generally includes an electric motor that operates based on three phase electrical power.

제어기(30)는 구동 기계(22)의 모터를 작동시키기 위한 제어 신호를 제공한다. 제어기(30)는 궁극적으로 3상 전원인 전원(32)으로부터 전력을 공급받는다. 컨버터 인터페이스(34)는 예를 들어 소정의 구동 기계 작동을 얻기 위해 제어기(30)에 제공되는 적절한 위상이 존재한다는 것을 보장한다.The controller 30 provides a control signal for operating the motor of the drive machine 22. The controller 30 is powered from a power source 32 which is ultimately a three phase power source. Converter interface 34 ensures that there is an appropriate phase provided to controller 30, for example, to obtain the desired drive machine operation.

엘리베이터 시스템 설치 과정과 같은 몇몇 경우에 전원(32)은 3상 전원으로 서 이용 가능하지 않을 수 있다. 몇몇 경우에, 단상 전력은 건설 공사 동안에, 그리고 이에 따라 엘리베이터 시스템 설치 동안에 이용 가능하다. 이러한 예의 컨버터 인터페이스(34)는 전원(32)이 단상 전원인지 또는 3상 전원인지에 상관없이 사용 가능하다. 컨버터 인터페이스(34)는 제어기(30)와 구동 기계(22)가 엘리베이터 시스템이 설치되는 동안 적어도 한정된 모드에서 작동할 수 있도록 단상 전원과 3상 전원 사이의 차이를 조정하는 방식으로 작동한다. 개시된 예의 일 장점은, 컨버터 인터페이스(34)가, 단상 전력에 응답하는 작동을 위해 별개의 컨버터 또는 별개의 하드웨어 성분을 필요로 하지 않는다는 것이다. 그 대신에, 컨버터 인터페이스(34)는 전원 공급 장치가 3상인지 단상인지에 따라 기계 작동을 조정한다.In some cases, such as in an elevator system installation process, the power source 32 may not be available as a three phase power source. In some cases, single phase power is available during construction work and thus during elevator system installation. The converter interface 34 of this example can be used regardless of whether the power supply 32 is a single phase power supply or a three phase power supply. The converter interface 34 operates by adjusting the difference between the single-phase power supply and the three-phase power supply so that the controller 30 and the driving machine 22 can operate in at least a limited mode while the elevator system is installed. One advantage of the disclosed example is that converter interface 34 does not require separate converters or separate hardware components for operation responsive to single phase power. Instead, converter interface 34 adjusts machine operation according to whether the power supply is three-phase or single-phase.

도2는 일 예로 컨버터 인터페이스(34)의 선택된 부분을 도시하는 개략도이다. 필터부(36)는 일반적으로 공지된 방식으로 작동한다. 전류 조절기부(38)는 위상 동기 루프(PLL)부(40)에 제공되는 전류를 조절하기 위해 공지된 바와 같이 유도성 및 저항성 요소를 포함한다. 버스 전압 조절부(42)는 구동 기계(22) 작동을 위한 조절기(30)에 최종 전류 신호를 제공한다.2 is a schematic diagram illustrating a selected portion of converter interface 34 as an example. The filter part 36 operates in a generally known manner. The current regulator portion 38 includes inductive and resistive elements as is known for regulating the current provided to the phase locked loop (PLL) portion 40. The bus voltage regulator 42 provides a final current signal to the regulator 30 for operating the drive machine 22.

전원(32)이 3상 전력(즉, R 위상, S 위상, T 위상)을 제공하는 경우, 일반적으로 도2의 컨버터 인터페이스(34)의 예가 작동한다. 도2의 예는 단상 전력에 대한 반응에 매우 적합한 조건으로 나타난다. T 입력부(44, 즉, IGBT H-브리지 T 입력부)는 단선되고 더 이상의 전력을 전달받지 않는다. 이는 예를 들어 컨버터 인터페이스(34) 내의 역학적 스위치(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 기술자가 조절기(30)와 구동 기계(22)를 운전시키기 위한 단상 전력을 연결하 려고 할 때, IGBT 레그의 T 입력부(44)가 전원(32)과 연결되지 않도록 적합한 스위치가 조작될 수 있다. PLL부(40) 및 버스 전압 조절부(42)로부터의 출력은 단지 IGBT 레그의 R 입력부(46) 및 S 입력부(48)에만 기초하여 작동한다. R 및 S 입력부(46 및 48)에서 IGBT H-브리지를 위한 스위칭 기능을 제공하는 제어 구성은 단상 전력에 응답하는 구동 기계(22)를 작동시키는 것을 허용한다. 이러한 예에서, S 입력부(48)가 다른 리드에 연결되는 동안, R 입력부(46)는 단상 전력 리드들 중 하나의 리드에 연결된다.When the power supply 32 provides three phase power (ie, R phase, S phase, T phase), the example of the converter interface 34 of FIG. 2 generally works. The example of FIG. 2 is shown in conditions that are well suited for response to single phase power. The T input 44, ie the IGBT H-bridge T input, is disconnected and receives no more power. This can be done, for example, by a mechanical switch (not shown) in the converter interface 34. Thus, when the technician attempts to connect the single phase power for operating the regulator 30 and the drive machine 22, a suitable switch can be operated so that the T input 44 of the IGBT leg is not connected with the power source 32. have. The outputs from the PLL portion 40 and the bus voltage regulator 42 operate only based on the R input 46 and S input 48 of the IGBT leg. The control arrangement providing the switching function for the IGBT H-bridges at the R and S inputs 46 and 48 allows operating the drive machine 22 in response to single phase power. In this example, the R input 46 is connected to one of the single phase power leads while the S input 48 is connected to the other lead.

도3은 단상 전력을 사용하여 작동을 위한 스위칭 기능을 제공하는 제어 구성의 일 예를 도시하는 개략도이다. 기준 전압(50)은 합산기(52)에 제공된다. 일 예로, 기준 전압은 750 볼트이다. 기준 전압은 이용 가능한 전원에 부분적으로 의존하게 된다. 버스 전압 조절기부(42)의 출력부는 제어기(30)에 전류를 제공하는 54에 제공된다. 출력부(54)는 합산기(52)의 음의 입력부에 제공된다.3 is a schematic diagram illustrating an example of a control arrangement that provides a switching function for operation using single phase power. Reference voltage 50 is provided to summer 52. In one example, the reference voltage is 750 volts. The reference voltage will depend in part on the available power source. The output of the bus voltage regulator portion 42 is provided at 54 for providing a current to the controller 30. Output 54 is provided to the negative input of summer 52.

합산기(52)의 출력부는 비례 적분 조절기(56)에 제공된다. 비례 적분 조절기(56)의 기능은 소정의 전류 레벨과 제어기(30)에 궁극적으로 제공되는 출력 전류 레벨(54) 사이의 오류를 제거하기 위해 필요한 전류가 어느 정도인지 표시하는 것이다. The output of summer 52 is provided to proportional integral controller 56. The function of the proportional integral regulator 56 is to indicate how much current is needed to eliminate the error between a given current level and the output current level 54 ultimately provided to the controller 30.

비례 적분 조절기(56)의 출력부는 승산기(58)에 제공된다. 승산기(58)로의 다른 입력부는 PLL(40)로부터 나타난다. 이러한 예에서, PLL(40)은 입력 전력의 위상의 직교 성분을 추정하는데 사용한다. 단상 전력이 제공되고 PLL이 일반적으로 3상 전력에 기초하여 작동하기 때문에, 작동 목적을 위해 단상 전력을 3상 모델 로 효과적으로 변환시키는 것이 필요하다.The output of proportional integral regulator 56 is provided to multiplier 58. The other input to multiplier 58 comes from PLL 40. In this example, PLL 40 is used to estimate the quadrature component of the phase of the input power. Since single phase power is provided and the PLL generally operates based on three phase power, it is necessary to effectively convert single phase power into a three phase model for operational purposes.

이러한 예에서, PLL은 입력 전력의 직접 성분 위상과 직교 성분 위상의 추정을 사용한다. 일 예로, 입력부(46 및 48) 양단의 전압은 종래 기술을 사용하여 감지된다. 측정 전압은 직접 성분 위상의 추정으로서 사용된다.In this example, the PLL uses an estimate of the direct and quadrature phases of the input power. As an example, the voltage across inputs 46 and 48 is sensed using conventional techniques. The measured voltage is used as an estimate of the direct component phase.

이러한 예에서 직교 성분 위상은 직접 성분 위상의 수치 도함수를 취함으로서 추정된다. 일 예로, 직교 성분의 스케일은 라인(line) 전압의 직접 성분 위상의 수치 미분 이후에 적용된다.In this example, the orthogonal component phase is estimated by taking the numerical derivative of the direct component phase. As an example, the scale of the orthogonal component is applied after the numerical derivative of the direct component phase of the line voltage.

일 예에서, Vd = Vac sin(θ)이고, 이에 따라 d/dt Vd = Vac ωline cos(θ)이다. 일반적으로, 라인 주파수는 공지되지 않지만 50 또는 60 헤르츠일 것이다. 이러한 예에서 위상의 직교 성분을 추정하는 것은 추정 라인 주파수에 기초하는 수치 도함수를 스케일하는 것을 포함하며, 그것은 PLL부(40)에 의해 수행된다. 일 예로, 주파수가 55 Hz 초과인 경우에 1/ωline = 1/(2π60)의 이득(gain)이 적용된다. 주파수가 55 Hz 미만인 경우에 1/ωline = 1/(2π50)의 이득이 사용된다. PLL부(40)를 위한 추정 직교 성분 위상(즉, q-축 전압)은

Figure 112009014050463-PAT00001
이다.In one example, V d = V ac sin (θ), thus d / dt V d = V ac ω line cos (θ). In general, the line frequency is unknown but will be 50 or 60 hertz. Estimating the orthogonal component of the phase in this example involves scaling a numerical derivative based on the estimated line frequency, which is performed by the PLL section 40. As an example, a gain of 1 / ω line = 1 / (2π60) is applied when the frequency is greater than 55 Hz. If the frequency is below 55 Hz, a gain of 1 / ω line = 1 / (2π50) is used. The estimated quadrature phase (ie, q-axis voltage) for the PLL section 40 is
Figure 112009014050463-PAT00001
to be.

일단 추정 직교 성분이 구해지면, PLL부(40)는 3상 등가물로서 작용한다.Once the estimated orthogonal component is obtained, the PLL section 40 acts as a three phase equivalent.

도3에, PLL부(40)로부터 승산기(58)로의 출력부는 라인 전압과 위상이 동일한 PLL로부터의 사인파 기준 출력부이고, 비례 적분 조절기(56)의 출력부와 결합되어 전류 조절기부(38)를 위한 전류 기준을 제공한다.3, the output from the PLL section 40 to the multiplier 58 is a sinusoidal reference output from the PLL that is in phase with the line voltage and is coupled with the output of the proportional integral regulator 56 so as to combine the current regulator section 38 with the output section. Provide a current reference for

전류 조절기부(38)로의 입력부는 합산기(60)의 양의 입력부에 제공된다. 합 산기(60)의 출력부는 비례 조절기(62)에 제공된다. 비례 조절기(62)의 출력부는 피드 포워드 입력부(66)와 결합되는 합산기(64)에 제공된다. 이러한 예에서, 피드 포워드 입력부(66)는 VR_VS로 표시된다. 이러한 전압은 R 입력과 S 입력(46 및 48) 사이의 감지된 라인 전압과 동일하다. 피드 포워드 입력부(66)는 전류 조절 오류를 최소화할 수 있는 전류 조절기(38)를 제공한다. 일 예로, 피드 포워드 입력부(66)는 PLL부(40)로의 입력부의 직접 성분과 동일하다.The input to the current regulator portion 38 is provided to the positive input of the summer 60. The output of summer 60 is provided to proportional regulator 62. The output of proportional regulator 62 is provided to summer 64 coupled with feed forward input 66. In this example, feed forward input 66 is represented as VR_VS. This voltage is equal to the sensed line voltage between the R input and the S inputs 46 and 48. The feed forward input 66 provides a current regulator 38 that can minimize current regulation errors. As an example, the feed forward input 66 is identical to the direct component of the input to the PLL 40.

합산기(64)의 출력부는 라인 전류(I_line)로 나타나는 전류 조절기 요소(68)에 의해 일반적으로 공지된 방식으로 처리된다.The output of summer 64 is processed in a generally known manner by current regulator element 68, represented by line current I_line.

단상 전류 조절기는 단상 전류 조절기의 교란이 일정하지 않다는 점에서 동기식 전류 조절기와는 다르게 작동하기 때문에, 비례 조절기(62)가 비례 적분 조절기 대신 도3의 예에 제공된다. 공지된 바와 같이, 비례 적분 조절기는 일정한 교란을 아주 잘 거부하지만, 단상 전류 조절기에 대한 교란은 일정하지 않다. 이러한 예에서, 교란부로서 작용하고 예를 들어 R 및 S 입력부(46 및 48)와 관련된 사인파 라인 전압에 상응하는 피드 포워드 입력(66)과 비례 조절기의 전략적 조합이 나타난다. 피드 포워드 입력부(66)가 전압 교란을 상쇄하는 경우, 전류 조절기(38)는 도4에 도시된 바와 같이 설계될 수 있다.Since the single phase current regulator operates differently from the synchronous current regulator in that the disturbance of the single phase current regulator is not constant, the proportional regulator 62 is provided in the example of FIG. 3 instead of the proportional integral regulator. As is known, the proportional integral regulator very well rejects constant disturbance, but the disturbance to the single phase current regulator is not constant. In this example, a strategic combination of the feed forward input 66 and the proportional regulator is shown which acts as a disturbance and corresponds to, for example, the sinusoidal line voltage associated with the R and S inputs 46 and 48. If the feed forward input 66 cancels the voltage disturbance, the current regulator 38 may be designed as shown in FIG.

일 예로, 비례 조절기(62)의 대역폭은 비례 적분 조절기 구조에 기초한다. 도4에 도시된 바와 같이 조절기(62')는 이득(Kp)을 포함하는 함수 블록의 형태로 설계된다. 소정의 위상 여유(Øm = 60°)가 필요한 요구 조건이 주어진 경우, 비례 이득은 Kp = Lωc,Ki = ωcR을 통해 해결될 수 있으며, 여기서 소정의 대역폭(ωc)은 지연(Td)으로부터 결정될 수 있고, 소정의 위상 여유는 방정식(ωc = (π/2 - Øm )/Td)을 사용하여 제한된다. 지연(Td)은 표본 지연 및 펄스 폭 변조 주기의 반을 포함한다. 비례 조절기(62')를 위한 대역폭으로서 ωc를 사용하는 경우, 비례 이득(Kp)은 다음과 같이 결정된다. As an example, the bandwidth of the proportional regulator 62 is based on the proportional integral regulator structure. As shown in Fig. 4, the regulator 62 'is designed in the form of a function block comprising a gain K p . Given a requirement that requires a certain phase margin (Ø m = 60 °), the proportional gain can be solved through K p = Lω c , K i = ω c R, where the predetermined bandwidth ω c is It can be determined from the delay T d , and the predetermined phase margin is limited using the equation ω c = (π / 2 − Ø m ) / T d . The delay T d includes half of the sample delay and the pulse width modulation period. When using ω c as the bandwidth for the proportional regulator 62 ', the proportional gain K p is determined as follows.

폐쇄 루프 전달 함수는

Figure 112009014050463-PAT00002
이다. 그 경우
Figure 112009014050463-PAT00003
이다. 이러한 예에서, L은 3상 등가물의 인덕턴스의 두 배이다. 결과로 나타나는 위상 여유는 비례 조절기의 경우에 60°보다 크다. 큰 대역폭이 요구되는 경우, 이러한 개시 내용의 효과를 아는 당업자는 더 큰 대역폭을 얻기 위해 더 작은 위상 여유를 사용하는 방법을 알 것이다.Closed loop transfer function
Figure 112009014050463-PAT00002
to be. In that case
Figure 112009014050463-PAT00003
to be. In this example, L is twice the inductance of the three phase equivalent. The resulting phase margin is greater than 60 ° in the case of proportional regulators. If large bandwidths are required, those skilled in the art who know the effects of this disclosure will know how to use smaller phase margins to obtain larger bandwidths.

전류 조절기(38)의 출력부는 버스 전압 조절기(42) 내의 승산기(80)에 제공된다. 승산기(80)로의 다른 입력부(82)는 실제 라인 전압 측정값이다. 승산기(80)의 출력부는 합산기(84)에 제공되며, 합산기는 합산기(84)의 음의 입력부로의 부하 전력 입력부(86)를 포함한다. 일반적으로 공지된 방식으로 DC 버스 전압 조절을 제공하는 조절기 함수 블록(88)이 도시된다. 이러한 예에서, 제어기(30)는 단상 입력부에 응답하여 작동하고, 버스 전압 조절기는 이러한 목적에 적합한 출력부를 제공한다. 이러한 예에서, 다음의 방정식이 참이다.The output of the current regulator 38 is provided to a multiplier 80 in the bus voltage regulator 42. The other input 82 to the multiplier 80 is the actual line voltage measurement. The output of multiplier 80 is provided to summer 84, which includes a load power input 86 to the negative input of summer 84. A regulator function block 88 is shown that provides DC bus voltage regulation in a generally known manner. In this example, the controller 30 operates in response to a single phase input and the bus voltage regulator provides an output suitable for this purpose. In this example, the following equation is true.

Figure 112009014050463-PAT00004
Figure 112009014050463-PAT00004

단상 전원을 사용하는 입력 전력은 사인파이고, 따라서 이러한 예에서 평균값은 버스 전압용으로 사용된다. 일 예로서, Vac가 최대전압이고 I가 라인 전류의 진폭인 경우의 평균은 .5(VacI)이다. 따라서, 버스 전압 PI 조절기 설계는 다음 관계에 기초할 수 있다.The input power using a single-phase power supply is sine pie, so the average value in this example is used for the bus voltage. As an example, the average when V ac is the maximum voltage and I is the amplitude of the line current is .5 (V ac I). Thus, the bus voltage PI regulator design can be based on the following relationship.

Figure 112009014050463-PAT00005
Figure 112009014050463-PAT00005

일 예에서, DC 버스 전압 조절기(42)는 도5에 개략적으로 도시된 것처럼 설계될 수 있다. 도5에 도시된 관계는 비례 이득(Kp) 및 적분 이득(Ki)을 포함한다. 이들은 다음의 관계에 기초하여 결정될 수 있다.In one example, DC bus voltage regulator 42 may be designed as shown schematically in FIG. The relationship shown in FIG. 5 includes a proportional gain K p and an integral gain K i . These can be determined based on the following relationship.

일 예로서, 전류 조절기 대역폭은 DC 버스 전압 조절기 대역폭보다 더 크며, 이로써 개방 루프 전달 함수는 크로스오버 주파수에서 다음을 만족시킨다. As an example, the current regulator bandwidth is greater than the DC bus voltage regulator bandwidth such that the open loop transfer function satisfies the following at the crossover frequency.

Figure 112009014050463-PAT00006
Figure 112009014050463-PAT00006

Figure 112009014050463-PAT00007
Figure 112009014050463-PAT00007

크기(magnitude) 방정식으로부터:

Figure 112009014050463-PAT00008
이고, 위상 방정식으로부터:
Figure 112009014050463-PAT00009
이다. 이러한 두 개의 방정식으로부터 Kp 및 Ki 는 다음과 같이 해를 구할 수 있다.From the magnitude equation:
Figure 112009014050463-PAT00008
And from the phase equation:
Figure 112009014050463-PAT00009
to be. From these two equations, K p and K i can be solved as follows.

Figure 112009014050463-PAT00010
,
Figure 112009014050463-PAT00011
,
Figure 112009014050463-PAT00012
Figure 112009014050463-PAT00010
,
Figure 112009014050463-PAT00011
,
Figure 112009014050463-PAT00012

일 예에서, 펄스 폭 변조는 단상 전력에 응답하는 구동 기계(22)를 제어하기에 유용한 방식으로, 제어기(30)에 전류를 제공하기 위해 사용된다. 일 예에서, R 입력부(46) 및 S 입력부(48)에 적용된 펄스 폭 변조 스위칭 기능은 상보적이다. 이러한 예에서, R 입력부(46)는 양의 버스에 연결되는 반면, S 입력부(48)는 음의 버스에 연결된다. 이러한 방식으로, 버스로부터의 이용 가능한 전압 범위가 충분히 이용될 수 있다.In one example, pulse width modulation is used to provide current to the controller 30 in a manner useful for controlling the drive machine 22 responsive to single phase power. In one example, the pulse width modulation switching function applied to the R input 46 and the S input 48 is complementary. In this example, R input 46 is connected to a positive bus, while S input 48 is connected to a negative bus. In this way, the available voltage range from the bus can be fully utilized.

하나의 예시적인 펄스 폭 변조 구성은 0과 1 사이에 위치하는 듀티비(d)를 사용하는 것을 포함한다. 이러한 예에서, 0 값은 관련된 위상이 전체 펄스 폭 변조 사이클을 위해 음의 버스에 연결되는 것을 의미한다. 이러한 예에서 1은 관련된 위상이 전체 펄스 폭 변조 사이클을 위해 양의 버스에 연결되는 것을 의미한다. 일 예로, 다음의 관계가 유용하다.

Figure 112009014050463-PAT00013
은 R 입력부(46)를 위한 듀티비이다. dr은 캐리어 주기 동안 R 입력부(46)가 작동되는 시간량을 나타낸다. V*는 전술한 피드 포워드함을 포함하는, 펄스 폭 변조 생성기에 제공되는 전압 기준이다. S 입력부(48)를 위한 듀티비인 ds는 1-dr으로 표현될 수 있다. T 입력부(44)에 0 볼트가 제공되도록, 이러한 예에서 바람직하게는 .5의 듀티비(dt)가 T 입력부(44)에 제공된다.One exemplary pulse width modulation scheme includes using a duty ratio d located between 0 and 1. In this example, a value of zero means that the associated phase is connected to the negative bus for the entire pulse width modulation cycle. In this example, 1 means that the associated phase is connected to the positive bus for the entire pulse width modulation cycle. As an example, the following relationship is useful.
Figure 112009014050463-PAT00013
Is the duty ratio for the R input 46. d r represents the amount of time the R input 46 is operated during the carrier period. V * is the voltage reference provided to the pulse width modulation generator, including the feed forward box described above. The duty ratio d s for the S input unit 48 may be represented by 1-d r . In this example, a duty ratio d t of .5 is preferably provided to the T input 44 so that 0 volts is provided to the T input 44.

단상 전압에 기초한 직교 및 직접 위상 성분의 추정을 사용함으로써, 개시된 예는 3상 전력이 단상 전력 입력에서도 작동하도록 설계된 구성을 사용할 수 있도록 한다. 전류 조절기에 피드 포워드 방식으로 위상의 D-축 또는 직접 성분을 제공하는 것은 오류를 최소화하고, 개시된 예가 단상 전력에 기초하여 작동하도록 허용한다.By using estimates of quadrature and direct phase components based on single phase voltages, the disclosed example enables the use of configurations designed to operate three phase power even at single phase power input. Providing the current regulator's D-axis or direct component in a feed forward manner minimizes errors and allows the disclosed example to operate based on single phase power.

비록 개시된 예가 엘리베이터 시스템을 위한 구동 기계에 전력 제공의 내용으로 표현되었다 할지라도, 본 발명은 엘리베이터 시스템에 한정될 필요는 없다.Although the disclosed example has been expressed in the context of providing power to a drive machine for an elevator system, the present invention need not be limited to the elevator system.

상기 설명은 사실상 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이다. 본 발명의 본질에서 반드시 벗어나는 것이 아닌 개시된 실시예에 대한 변경예 및 변형예는 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 법률적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위를 검토함으로써만 결정될 수 있다.The above description is illustrative in nature and not restrictive. Modifications and variations of the disclosed embodiments that are not necessarily departing from the spirit of the invention will be apparent to those skilled in the art. The legal protection scope of the present invention can only be determined by examining the appended claims.

도1은 본 발명의 실시예에 따라 설계된 전력 장치와 3상 장치를 통합시키는 엘리베이터 시스템의 선택된 부분을 도시하는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating selected portions of an elevator system incorporating a three-phase device and a power device designed according to an embodiment of the present invention.

도2는 본 발명의 실시예에 유용한 하나의 예시적인 컨버터 인터페이스의 선택된 부분을 도시하는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating selected portions of one exemplary converter interface useful in embodiments of the present invention.

도3은 본 발명의 실시예에 유용한 하나의 예시적인 단상 제어 체계를 도시하는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating one exemplary single phase control scheme useful in an embodiment of the invention.

도4는 본 발명의 실시예에 유용한 하나의 예시적인 전류 조절기 모델을 도시하는 개략도이다.4 is a schematic diagram illustrating one exemplary current regulator model useful in embodiments of the present invention.

도5는 본 발명의 실시예에 유용한 하나의 예시적인 전압 조절기의 모델을 도시하는 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating a model of one exemplary voltage regulator useful in an embodiment of the present invention.

Claims (12)

단상 입력 전력을 사용하여 3상 장치에 전력을 제공하기 위한 컨버터 장치로서,A converter device for providing power to a three phase device using single phase input power, 상기 단상 입력 전력에 기초하여 추정 직접 성분(estimated direct component)과 추정 직교 성분(estimated quadrature component)을 사용하는 위상 동기 루프부 - 상기 위상 동기 루프부는 R 위상 입력부, S 위상 입력부 및 T 위상 입력부를 갖고, 상기 T 위상 입력부는 0볼트로 설정되고 상기 R 위상 입력부 및 상기 S 위상 입력부는 상기 단상 입력 전력의 리드에 커플링됨 - 와,A phase locked loop using an estimated direct component and an estimated quadrature component based on the single phase input power, the phase locked loop having an R phase input, an S phase input and a T phase input The T phase input is set to 0 volts and the R phase input and the S phase input are coupled to a lead of the single phase input power; 상기 T 위상 입력부를 선택적으로 절연시키기 위한 스위치를 포함하는 컨버터 장치.And a switch for selectively isolating said T phase input. 제1항에 있어서, 상기 위상 동기 루프부에 결합되어, 상기 추정 직접 성분을 피드 포워드 입력으로서 사용하는 전류 조절기를 더 포함하는 컨버터 장치.2. The converter device of claim 1 further comprising a current regulator coupled to the phase locked loop portion to use the estimated direct component as a feed forward input. 제1항에 있어서, 상기 위상 동기 루프부는 상기 추정 직접 성분으로서 상기 단상 입력 전력의 측정 전압을 사용하는 컨버터 장치.2. The converter device of claim 1, wherein the phase locked loop portion uses the measured voltage of the single phase input power as the estimated direct component. 제1항에 있어서, 상기 위상 동기 루프부는 상기 추정 직교 성분으로서 상기 추정 직접 성분의 수치 도함수를 사용하는 컨버터 장치.2. The converter device of claim 1, wherein the phase locked loop portion uses a numerical derivative of the estimated direct component as the estimated orthogonal component. 제4항에 있어서, 상기 위상 동기 루프부는 진폭이 스케일된 수치 도함수를 사용하고 상기 수치 도함수의 진폭에 적용된 스케일은 상기 단상 입력 전력의 주파수에 기초하여 결정되는 컨버터 장치.5. The converter device of claim 4, wherein the phase locked loop portion uses a numerical derivative with scaled amplitude and a scale applied to the amplitude of the numerical derivative is determined based on the frequency of the single phase input power. 제5항에 있어서, 상기 수치 도함수의 진폭에 적용된 스케일은 제1 스케일 및 제2 스케일을 포함하고, 주파수가 55Hz 초과인 경우에 상기 제1 스케일이 상기 수치 도함수의 진폭에 적용되고, 주파수가 55Hz 미만인 경우에 상기 제2 스케일이 상기 수치 도함수의 진폭에 적용되는 컨버터 장치.6. The scale of claim 5 wherein the scale applied to the amplitude of the numerical derivative comprises a first scale and a second scale, and wherein the first scale is applied to the amplitude of the numerical derivative when the frequency is greater than 55 Hz, and the frequency is 55 Hz. If less than the second scale is applied to the amplitude of the numerical derivative. 단상 입력 전력을 사용하여 3상 장치를 작동하는 방법으로서,A method of operating a three phase device using single phase input power, 상기 단상 입력 전력에 기초하여 직접 성분 및 직교 성분을 추정하는 단계와,Estimating a direct component and an orthogonal component based on the single phase input power; 3상 입력부를 갖는 위상 동기 루프부를 사용하여 상기 입력부 중 하나를 0볼트에 커플링시키고 상기 단상 입력 전력을 제공하는 리드에 다른 두 개의 입력부를 각각 커플링시키는 단계를 포함하는 3상 장치 작동 방법.Coupling one of the inputs to zero volts using a phase locked loop with a three phase input and coupling the other two inputs to a lead providing the single phase input power, respectively. 제7항에 있어서, 상기 단상 입력 전력의 측정 전압에 기초하여 상기 직접 성분을 추정하는 단계를 포함하는 3상 장치 작동 방법.8. The method of claim 7, comprising estimating the direct component based on the measured voltage of the single phase input power. 제7항에 있어서, 상기 직접 성분의 수치 도함수에 기초하여 상기 직교 성분을 추정하는 단계를 포함하는 3상 장치 작동 방법.8. The method of claim 7, comprising estimating the orthogonal component based on the numerical derivative of the direct component. 제9항에 있어서, 상기 단상 입력 전력의 주파수에 기초하여 수치 도함수의 진폭을 스케일하는 단계를 포함하는 3상 장치 작동 방법.10. The method of claim 9 including scaling the amplitude of the numerical derivative based on the frequency of the single phase input power. 제10항에 있어서, 상기 수치 도함수의 진폭을 스케일하는 단계는 주파수가 55Hz 초과인 경우에 제1 스케일을 사용하고 주파수가 55Hz 미만인 경우에 제2 스케일을 사용하는 단계를 포함하는 3상 장치 작동 방법.11. The method of claim 10, wherein scaling the amplitude of the numerical derivative comprises using a first scale when the frequency is above 55 Hz and using a second scale when the frequency is below 55 Hz. . 제7항에 있어서, 전류 조절을 위한 피드 포워드 입력으로서의 직접 성분을 사용하여 상기 3상 장치를 작동하기 위해 공급되는 전류를 조절하는 단계를 포함하는 3상 장치 작동 방법.8. A method according to claim 7, comprising adjusting the current supplied to operate the three-phase device using a direct component as a feed forward input for current regulation.
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