KR20220132117A - Energy saving monitoring method and apparatus therefor - Google Patents

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KR20220132117A KR1020210036993A KR20210036993A KR20220132117A KR 20220132117 A KR20220132117 A KR 20220132117A KR 1020210036993 A KR1020210036993 A KR 1020210036993A KR 20210036993 A KR20210036993 A KR 20210036993A KR 20220132117 A KR20220132117 A KR 20220132117A
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Abstract

The present invention relates to an energy saving monitoring method and apparatus therefor. The energy saving monitoring method, according to the present invention, comprises the steps of: measuring three-phase currents of an inverter and transmitting the three-phase currents to a calculation unit (S10); calculating and normalizing an average value of the measured three-phase current values and generating a failure detection variable (S20); comparing the failure detection variable with a threshold value to determine whether there is a failure (S30); and finally identifying whether or not there is an open failure of an IGBT of the inverter (S40). Therefore, the present invention can minimize heat loss and energy consumption.

Description

에너지 세이빙 모니터링 방법 및 그 장치{Energy saving monitoring method and apparatus therefor}Energy saving monitoring method and apparatus therefor

본 발명은 에너지 세이빙 모니터링 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인버터에 장착된 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister)의 개방고장 진단을 통해 실시간 상태점검과 유지보수비용을 절감할 수 있는 에너지 세이빙 모니터링 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy saving monitoring method and apparatus, and more particularly, to energy saving monitoring that can reduce real-time status check and maintenance costs through open failure diagnosis of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transister) mounted on an inverter. It relates to a method and an apparatus therefor.

인버터는 전원이 다소 불안정하여도 모터를 일정한 속도로 회전시킬 수 있기 때문에 에너지 절약, 생산성 향상, 간편한 조작 등의 장점을 가질 수 있다.Since the inverter can rotate the motor at a constant speed even when the power is somewhat unstable, it can have advantages such as energy saving, productivity improvement, and simple operation.

이러한 인버터의 경우에는 전력용 반도체를 활용한 전력변환으로 모터의 속도를 제어할수 있다.In the case of such an inverter, the speed of the motor can be controlled by power conversion using a power semiconductor.

이러한 인버터 중에서 최근 3상 PWM(Pulse Width Modulation)는 가변속 모터 제어, 무정전 전원장치, 능동전력필터 등 다양한 산업분야에 널리 사용되고 있다.Among these inverters, recently 3-phase PWM (Pulse Width Modulation) is widely used in various industrial fields such as variable speed motor control, uninterruptible power supply, and active power filter.

그런데 상기 인버터의 주요 구성요소인 전력반도체 스위치는 예상치 못한 과열, 기계적, 전기적 스트레스로 고장이 발생할 수 있으며, 시스템의 신뢰성 및 안전성 확보를 위한 진단 기법이 필요하다고 할 수 있다. However, the power semiconductor switch, which is a major component of the inverter, may fail due to unexpected overheating, mechanical and electrical stress, and a diagnostic technique for securing system reliability and safety is required.

따라서 현재까지는 이와 같은 인버터의 고장 유형에 대한 식별없이 단순히 고장으로 처리하는 일들이 빈번하게 발생하여 경제적 손실을 야기하고 있으며, 시스템 상의 제어 성능 및 효율이 저하되는 문제가 생길 수 있으며, 다른 전력 소자에 스트레스를 유발하는 문제와 함께 시스템이 전체적으로 정지되는 사고가 발생하기도 하여 왔다.Therefore, until now, such inverter failure types are frequently treated as simple failures without identification, causing economic losses, and there may be a problem in that control performance and efficiency in the system are lowered, and other power devices Accidents have occurred in which the entire system is shut down along with a problem that causes stress.

(0001)대한민국 특허공개 공보10-2009-0125481(인버터 고장 검출장치및 그 방법,2009.12.07)(0001) Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0125481 (Inverter failure detection device and method, 2009.12.07)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, PWM인버터의 고장 유형에 따를 때에 따른 고장 유형 중 스위치 개방 고장을 해결할 수 있고 상기 PWM 인버터의 고장에 대한 경제적이고 효율적인 개선방안을 제공하고자하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and it is possible to solve the switch open failure among failure types according to the failure types of the PWM inverter and to provide an economical and efficient improvement method for the failure of the PWM inverter. aim to do

도 1(a),(b)은 PWM 인버터의 고장 유형별 발생 빈도를 보여주는 그래프이다.1(a) and 1(b) are graphs showing the frequency of occurrence of each failure type of a PWM inverter.

도 1(a)을 참조하면, PWM 인버터의 고장은 전력 스위칭 소자가 34%, 커패시터가 30% 및 PCB의 고장이 26%를 차지하고 있어서 전력 스위칭 소자의 고장이 가장 흔하게 발생하는 고장의 원인이라고 할 수 있다.Referring to Fig. 1(a), the failure of the PWM inverter accounts for 34% of the power switching element, 30% of the capacitor, and 26% of the PCB failure, so the failure of the power switching element is the most common cause of failure. can

이와 같이 스위치인 IGBT의 고장 유형에는 단락 고장과 개방 고장으로 구별할 수 있다.As described above, the failure types of the IGBT, which are switches, can be divided into short-circuit failures and open failures.

이러한 유형 중 단락 고장의 경우에는 단락으로 인해 과전류가 발생하게 되고, 시스템을 중지시키는 결과를 초래할 수 있다. 이와 같은 단락 고장의 경우에는 하드웨어를 이용한 보호회로를 사용하는 방법을 통해서 방지할 수 있다고 할 수 있지만, 개방 고장의 경우에는 과전압과 과전류의 발생이 없고 고장의 원인이 검출되지 않은 채 시스템을 운용하게 되는 문제점이 있어 왔다.In the case of a short circuit failure of this type, the short circuit causes an overcurrent and may result in the system stopping. In the case of such a short-circuit failure, it can be said that it can be prevented by using a protection circuit using hardware. There has been a problem that

특히 다른 소자에 스트레스가 누적되어 2차 고장을 유발하거나 시스템의 정지 및 수리 비용이 발생하는 문제점이 있어왔다.In particular, there has been a problem in that stress accumulates in other devices, causing secondary failure, or incurring a cost of stopping and repairing the system.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 방법은, 사출기에 대한 에너지 세이빙 모니터링 방법에 있어서, 측정부의 센서를 통해서 인버터의 3상전류를 측정하고 계산부로 전달하는 단계(S10);와, 측정된 3상 전류값의 평균값을 계산하며 정규화하고, 고장 검출변수를 생성하는 단계(S20);와, 고장 검출변수를 임계값과 비교하여 고장여부를 판단하는 단계(S30); 및 인버터 중 IGBT에 대한 개방 고장유무를 최종적으로 식별하는 단계(S40);를 포함하고, 상기 인버터에 장착된 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister)이며, 주제어기에서 사용하는 신호는 상기 IGBT와 연결된 전류 신호이고, 상기 전류 신호와 전압신호를 바탕으로 모터의 운전속도를 계산하여 속도 센서를 대체할 수 있으며, 상기 제어방식은 센서리스 벡터 제어에 해당하고, 전력스위칭 소자인 IGBT를 통한 고조파 함유율을 줄일 수 있는 변조기법의 도입을 통해 열손실과 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 실시간으로 상기 IGBT들의 작동상황에 대한 판단이 가능하고, 기간별 사용량에 대한 측정이 가능하여 유량과 압력에 대한 아날로그 신호를 실시간으로 피드백받아 에너지 소비를 최소화하는 것일 수 있다.Energy saving monitoring method according to an embodiment of the present invention, in the energy saving monitoring method for the injection molding machine, measuring the three-phase current of the inverter through the sensor of the measuring unit and transmitting the three-phase current to the calculation unit (S10); calculating and normalizing the average value of the phase current values, and generating a failure detection variable (S20); and determining whether a failure occurs by comparing the failure detection variable with a threshold value (S30); and finally identifying the presence or absence of an open failure of the IGBT among the inverters (S40), wherein the switch mounted on the inverter is an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the signal used by the main controller is connected to the IGBT It is a current signal, and it can replace the speed sensor by calculating the operating speed of the motor based on the current signal and the voltage signal. It is possible to minimize heat loss and energy consumption through the introduction of a modulation technique that can reduce It may be to minimize energy consumption by receiving feedback in real time.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 방법은, 차량에 대한 에너지 세이빙 모니터링 방법에 있어서, 측정부의 센서를 통해서 인버터의 3상전류를 측정하고 계산부로 전달하는 단계(S10);와, 측정된 3상 전류값의 평균값을 계산하며 정규화하고, 고장 검출변수KN를 생성하는 단계(S20);와, 고장 검출변수KN를 제1임계값(th1)과 비교하여 고장여부를 판단하는 단계(S30); 및 인버터 중 IGBT에 대한 개방 고장유무를 최종적으로 식별하는 단계(S40);를 포함하고, 상기 인버터에 장착된 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister)이며, 주제어기에서 사용하는 신호는 상기 IGBT와 연결된 전류 신호이고, 상기 전류 신호와 전압신호를 바탕으로 모터의 운전속도를 계산하여 속도 센서를 대체할 수 있으며, 상기 제어방식은 센서리스 벡터 제어에 해당하고, 전력스위칭 소자인 IGBT를 통한 고조파 함유율을 줄일 수 있는 변조기법의 도입을 통해 열손실과 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 실시간으로 상기 IGBT들의 작동상황에 대한 판단이 가능하고, 기간별 사용량에 대한 측정이 가능하여 공회전에 대한 자료를 실시간으로 피드백받아 에너지 소비를 최소화하는 것일 수 있다.An energy saving monitoring method according to an embodiment of the present invention, in the energy saving monitoring method for a vehicle, measuring the three-phase current of the inverter through a sensor of the measuring unit and transmitting the three-phase current to the calculation unit (S10); Calculating and normalizing the average value of the phase current values, and generating a failure detection variable K N (S20); and comparing the failure detection variable K N with the first threshold value th1 to determine whether there is a failure (S30) ); and finally identifying the presence or absence of an open failure of the IGBT among the inverters (S40), wherein the switch mounted on the inverter is an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the signal used by the main controller is connected to the IGBT It is a current signal, and it can replace the speed sensor by calculating the operating speed of the motor based on the current signal and the voltage signal. It is possible to minimize heat loss and energy consumption through the introduction of a modulation technique that can reduce This may be to minimize energy consumption.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 하드웨어의 상태를 실시간으로 감지하고 이상 감지시 자동으로 앱을 통해 통보함으로써 인버터 비가동으로 인한 손실(loss)를 최소화할 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may be possible to minimize the loss (loss) due to inverter non-operation by detecting the state of the hardware in real time and automatically notifying it through the app when an abnormality is detected.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치에 있어서, 에너지 세이빙 모니터링 장치에 있어서, 3상 전류를 측정하기 위한 측정부;와, 상기 측정부에서 측정한 전류값들을 계산 및 변환하여 평균값을 계산하기 위한 계산부;와, 상기 계산부의 계산 결과를 이용하여 IGBT 개방 고장 여부를 검출하는 고장 검출부; 및 상기 고장 검출부에서 IGBT 개방 고장을 검출하면, 어느 IGBT가 고장인지 식별하는 고장 식별부를 포함하며, 상기 IGBT 들의 작동 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 모니터와, 상기 모니터를 통해서 실시간으로 에너지 사용량을 추정할 수 있는 실시간 감지부를 더 포함하여 에너지 소비를 최소화할 수 있는 것일 수 있다.In the energy saving monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention, in the energy saving monitoring apparatus, a measuring unit for measuring a three-phase current; and calculating and converting the current values measured by the measuring unit to calculate an average value a calculation unit for performing the calculation; and a fault detection unit for detecting whether an IGBT open failure occurs using the calculation result of the calculation unit; and a failure identification unit that identifies which IGBT is a failure when the failure detection unit detects an IGBT open failure, a monitor capable of confirming the operating state of the IGBTs in real time, and a real-time energy consumption estimate through the monitor It may be one that can minimize energy consumption by further including a real-time sensing unit that can.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 IGBT는, PWM 신호를 입력받아 제어되는 IGBT의 콜렉터에 인가되는 콜렉터 전압값, 상기 IGBT의 콜렉터에 흐르는 콜렉터 전류값 및 상기 PWM 신호가 입력된 시점부터 경과한 시간인 경과 시간값을 IGBT 드라이버로부터 수신하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the IGBT is a collector voltage value applied to a collector of the IGBT controlled by receiving a PWM signal, a collector current value flowing through the collector of the IGBT, and the time elapsed from the time when the PWM signal is input. It may be to receive an elapsed time value that is time from the IGBT driver.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PWM 인버터를 포함하는 회로에서 주제어기에서 발생하는 신호에 대한 검출로 상기 PWM인버터에 포함된 IGBT의 정상 상태 여부를 확인하는 방법으로 전류 이상에 대한 확인이 가능하기 때문에 쉽고 편리한 방법으로 PWM인버터에 대한 작동 상태에 대한 확인이 가능하고, 또 PWM인버터에 대한 고장 지점을 정확하게 판단할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a circuit including a PWM inverter, by detecting a signal generated from the main controller, it is possible to check the current abnormality by checking whether the IGBT included in the PWM inverter is in a normal state. Therefore, it is possible to check the operation status of the PWM inverter in an easy and convenient way, and to accurately determine the fault point for the PWM inverter.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치에 의하면, 모니터를 통해서 실시간으로 에너지 사용량을 추정할 수 있는 실시간 감지부를 더 포함하여 에너지 소비를 최소화할 수 있는 것일 수 있다.According to the energy saving monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention, it may be possible to minimize energy consumption by further including a real-time sensing unit capable of estimating the energy usage in real time through the monitor.

도 1(a),(b)은 PWM 인버터의 고장 유형별 발생 빈도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 일반적인 인버터에 대한 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지좌표계에서 위상각에 따른 αβ축전류 iαβ로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 PWM 인버터 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치를 사용한 홈 대시보드의 상황을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치를 차량에 적용한 경우를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치의 일부 구성을 보여주는 블록도이다.
1(a) and 1(b) are graphs showing the frequency of occurrence of each failure type of a PWM inverter.
2 is a block diagram showing the configuration of a general inverter.
3 is a diagram showing the αβ axis current i αβ according to the phase angle in the stationary coordinate system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a three-phase PWM inverter system according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a situation of a home dashboard using an energy saving monitoring device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a case in which an energy saving monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to a vehicle.
7 is a block diagram illustrating a partial configuration of an energy saving monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms, and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.In the entire specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as "unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. In addition, when a part is "connected" to another part throughout the specification, this includes not only a case in which it is "directly connected" but also a case in which it is connected "with another element in the middle".

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 공장이나 건물전체의 에너지를 관리하는 경우에 발생할 수 있는 PWM인버터의 고장 상황에 대하여 능동적으로 대처하면서 에너지를 절약할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for saving energy while actively coping with a failure situation of a PWM inverter that may occur in the case of managing the energy of a factory or an entire building.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약 시스템에 있어서, 고장 진단방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a fault diagnosis method in an energy saving system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 고장 진단 방법은 크게 고장 검출(fault detection)과 고장 식별(fault identification)의 두 부분으로 구성될 수 있다. 고장 검출은 IGBT 고장이 발생하면, 이를 검출하는 부분이고, 고장 식별은 고장난 IGBT를 판별하는 부분이다. 인버터의 출력상 전류iabc와 정지좌표계에서 전류값 i* αβ이 고장진단을 위한 입력이 될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the fault diagnosis method may be largely composed of two parts: fault detection and fault identification. Failure detection is a part of detecting an IGBT failure when it occurs, and failure identification is a part of determining a malfunctioning IGBT. The current i abc on the output of the inverter and the current value i * αβ in the stationary coordinate system can be input for fault diagnosis.

iabc와 i* αβ는 인버터의 기본적인 전류제어를 위해 사용되는 정보로서, 고장 진단 방법에서는 이들 전류정보만이 사용될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정진단 방법은 인버터의 동작 조건에 관계없이 독립적으로 고장을 진단할 수 있다.i abc and i * αβ are information used for basic current control of the inverter, and only these current information can be used in the fault diagnosis method. The fault can be diagnosed independently without

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터에서 고장 검출을 하기 위한 방법을 살펴보면, 측정부(10)를 통해서 측정된 3상 전류 iabc 와 정지좌표계에서 전류 값 i* αβ 가 고장 진단을 위한 입력이 될 수 있다.Referring to the method for detecting a fault in the inverter according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. 2 , the three-phase current i abc measured through the measuring unit 10 and the current value i * αβ in the stationary coordinate system are faulty It can be an input for diagnosis.

.iabc와 i* αβ는 인버터의 기본적인 전류 제어를 위해 사용되는 정보로서, 고장 진단 방법에서는 이들 전류 정보만을 사용하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 방법에서는, 인버터의 동작 조건에 관계없이 독립적으로 고장을 진단할 수 있다. . i abc and i * αβ are information used for basic current control of the inverter, and since only these current information is used in the fault diagnosis method, in the energy saving monitoring method according to an embodiment of the present invention, the relationship between the operating conditions of the inverter The fault can be diagnosed independently without

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 방법에서는, 측정부(10)를 통해 측정된 3상 전류iabc는 [수학식 1]과 같이 정지좌표계 αβ축전류 iαβ로 변환이 가능하다.Referring to FIG. 2, in the energy saving monitoring method according to an embodiment of the present invention, the three-phase current i abc measured by the measuring unit 10 is converted to the stationary coordinate system αβ axis current i αβ as shown in [Equation 1]. Conversion is possible.

이에 따른 위상각 θ는 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.Accordingly, the phase angle θ may be calculated as in Equation (2).

[수학식 1][Equation 1]

iα=ia i α =i a

iβ=1/√3(ia+2ib)i β =1/√3(i a +2i b )

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지좌표계에서 위상각에 따른 αβ축전류 iαβ로 나타낸 도면이다.4 is a view showing the αβ axis current i αβ according to the phase angle in the stationary coordinate system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 3상전류(iabc)로부터 구한 정지좌표계 전류iαβ는 정현파 전류이므로, 벡터 위상각 θ는 0도에서 360도까지 일정한 속도로 회전할 수 있다. 벡터 위상각이 일정한 속도로 6개로 나누어진 부분에 존재하는 시간도 동일할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the stationary coordinate system current i αβ obtained from the three-phase current i abc is a sinusoidal current, so the vector phase angle θ may rotate at a constant speed from 0 degrees to 360 degrees. The time in which the vector phase angle is divided into six portions at a constant speed may be the same.

다만 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치에서 고장이 발생하면 3상 전류는 왜곡이 발생하고, 그에 따라 벡터 위상각 θ또한 왜곡될 수 있다.However, when a failure occurs in the energy saving monitoring device according to an embodiment of the present invention, the three-phase current is distorted, and accordingly, the vector phase angle θ may also be distorted.

좀더 쉽게 설명하면 각 섹터 구간이 존재하는 시간에 차이가 발생하므로 IGBT 스위치의 고장을 검출할 수 있다.To put it more simply, the failure of the IGBT switch can be detected because there is a difference in the time that each sector section exists.

상기 IGBT 스위치는 전기흐름을 차단하거나 허용하는 스위칭 동작을 빠르게 수행할수 있는 스위칭용 전력소자이다.The IGBT switch is a switching power device capable of quickly performing a switching operation to block or allow an electric flow.

IGBT가 턴온된 상태에서 IGBT에 높은 전압이 인가되면 IGBT의 콜렉터에 흐르는 전류가 급격하게 상승하여 IGBT가 단락될 수 있다. IGBT의 단락으로 인한 IGBT의 고장을 방지하기 위해 IGBT를 구동시키는 IGBT 드라이버(25)는 IGBT의 콜렉터에 인가되는 콜렉터 전압 및 IGBT의 콜렉터에 흐르는 전류값을 측정할 수 있다.When a high voltage is applied to the IGBT while the IGBT is turned on, the current flowing through the collector of the IGBT may rapidly increase, causing the IGBT to be short-circuited. The IGBT driver 25 for driving the IGBT to prevent failure of the IGBT due to a short circuit of the IGBT may measure a collector voltage applied to the collector of the IGBT and a current flowing through the collector of the IGBT.

PWM 신호를 입력받아 제어되는 IGBT의 콜렉터에 인가되는 콜렉터 전압값, 상기 IGBT의 콜렉터에 흐르는 콜렉터 전류값 및 상기 PWM 신호가 입력된 시점부터 경과한 시간인 경과 시간값을 IGBT 드라이버로부터 수신하는 수신부; 및 상기 IGBT의 동작 상태가 단락 상태일 확률을 나타내는 에러율, 상기 콜렉터 전압값, 상기 콜렉터 전류값 및 상기 경과 시간값 각각에 대응하는 복수의 퍼지 집합의 소속도를 나타내는 복수의 소속 함수 및 상기 복수의 퍼지 집합 각각의 조합으로 이루어지는 퍼지 규칙에 기초하여 상기 콜렉터 전압값, 상기 콜렉터 전류값 및 상기 경과 시간값에 대한 퍼지 추론을 수행하고, 상기 수행한 퍼지 추론의 결과에 기초하여 상기 IGBT의 동작 상태를 판단하는 동작 상태 판단부(120)를 포함할 수 있다.a receiver receiving a collector voltage value applied to a collector of an IGBT controlled by receiving a PWM signal, a collector current value flowing through the collector of the IGBT, and an elapsed time value that is a time elapsed from the time when the PWM signal is inputted from the IGBT driver; and an error rate indicating a probability that the operation state of the IGBT is a short circuit, a plurality of membership functions indicating membership degrees of a plurality of fuzzy sets corresponding to each of the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value; Based on a fuzzy rule composed of a combination of each fuzzy set, fuzzy inference is performed on the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value, and the operation state of the IGBT is determined based on the result of the performed fuzzy inference. It may include an operation state determination unit 120 to determine.

IGBT(15)는 콜렉터(collector), 이미터(emitter) 및 게이트(gate)를 포함할 수 있다. 참고로, 상기 IGBT(15)는 차량 내부에 구비되어 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어 IGBT는 차량 내부의 점화 스위치, 모터 및 전압 플러그 등에 구비되어 스위칭 동작을 수행할 수 있다.The IGBT 15 may include a collector, an emitter, and a gate. For reference, the IGBT 15 may be provided inside the vehicle to perform a switching operation. For example, the IGBT may be provided in an ignition switch, a motor, and a voltage plug inside a vehicle to perform a switching operation.

그리고 IGBT는 IGBT 드라이버(25)로부터 PWM신호를 입력받아 제어될 수 있다.In addition, the IGBT may be controlled by receiving a PWM signal from the IGBT driver 25 .

예를 들어 IGBT는 IGBT 드라이버로부터 PWM신호가 인가되면 턴온 될 수 있다. 그리고 IGBT는 IGBT 드라이버로부터 PWM신호가 입력되면 턴온 될 수 있다. 그리고 IGBT는 IGBT 드라이버로부터 PWM신호가 입력되지 않으면 턴오프될 수 있다.For example, the IGBT can be turned on when a PWM signal is applied from the IGBT driver. And the IGBT can be turned on when a PWM signal is input from the IGBT driver. And the IGBT may be turned off when no PWM signal is input from the IGBT driver.

그리고, IGBT 드라이버(25)는 IGBT(15)의 콜렉터에 인가되는 콜렉터 전압값 및 IGBT(15)의 콜렉터에 흐르는 콜렉터 전류값을 측정할 수 있다. 또한, IGBT 드라이버(25)는 IGBT(15)에 PWM 신호를 인가한 이후에 경과한 시간인 경과 시간값도 측정할 수 있다.In addition, the IGBT driver 25 may measure a collector voltage value applied to the collector of the IGBT 15 and a collector current value flowing through the collector of the IGBT 15 . Also, the IGBT driver 25 may measure an elapsed time value, which is a time elapsed after the PWM signal is applied to the IGBT 15 .

도 3을 참조하면, IGBT 드라이버(25)는 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값 및 경과 시간값을 IGBT 동작 상태 판단 장치(100)에 제공할 수 있다. 이에 따라, IGBT 동작 상태 판단 장치(100)는 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값 및 경과 시간값을 모두 이용하여 IGBT(15)의 동작 상태를 판단할 수 있다. 그리고, IGBT 동작 상태 판단 장치(100)는 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값 및 경과 시간값을 모두 이용하여 IGBT(15)의 고장 여부를 판단할 수도 있다.Referring to FIG. 3 , the IGBT driver 25 may provide a collector voltage value, a collector current value, and an elapsed time value to the IGBT operation state determination apparatus 100 . Accordingly, the IGBT operation state determination apparatus 100 may determine the operation state of the IGBT 15 using all of the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value. In addition, the apparatus 100 for determining the operation state of the IGBT may determine whether the IGBT 15 has failed using all of the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value.

구체적으로 도 3을 참조하면, IGBT 동작 상태 판단장치(100)는 수신부(110) 및 동작상태 판단부(120)를 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 3 , the IGBT operation state determination apparatus 100 may include a receiver 110 and an operation state determination unit 120 .

수신부(110)는 PWM신호를 입력받아 제어되는 IGBT(15)의 콜렉터에 인가되는 콜렉터 전압값, IGBT(15)의 콜렉터 전류에 흐르는 콜렉터 전류값, 및 경과시간값을 모두 이용하여 IGBT(15)의 동작상태를 판단할 수 있다. 그리고 IGBT 동작상태 판단장치(100)는 PWM 신호가 입력된 시점부터 경과한 시간값을 IGBT 드라이버(25)로부터 수신할 수 있다. The receiver 110 receives the PWM signal and controls the IGBT 15 using the collector voltage value applied to the collector, the collector current flowing through the IGBT 15 collector current, and the elapsed time value. operation status can be determined. In addition, the IGBT operation state determination apparatus 100 may receive a time value elapsed from the time when the PWM signal is input from the IGBT driver 25 .

구체적으로 수신부(110)는 도선을 통해 IGBT 드라이버(25)에 연결될 수 있다. 수신부(110)는 IGBT 드라이버(25)로부터 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값 및 경과 시간값을 아날로그 신호 또는 디지털 신호로 수신할 수도 있다. 그리고, 수신부(110)는 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값 및 경과 시간값을 동작 상태 판단부(120)에 제공할 수 있다.Specifically, the receiver 110 may be connected to the IGBT driver 25 through a conductive wire. The receiver 110 may receive the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value from the IGBT driver 25 as an analog signal or a digital signal. In addition, the receiving unit 110 may provide the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value to the operation state determination unit 120 .

동작 상태 판단부(120)는 복수의 소속 함수 및 복수의 퍼지 집합 각각의 조합으로 이루어지는 퍼지 규칙에 기초하여 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값 및 경과 시간값에 대한 퍼지 추론을 수행할 수 있다. 그리고, 동작 상태 판단부(120)는 수행한 퍼지 추론의 결과에 기초하여 IGBT(15)의 동작 상태를 판단할 수 있다.The operation state determination unit 120 may perform fuzzy inference on the collector voltage value, the collector current value, and the elapsed time value based on a fuzzy rule including a combination of a plurality of membership functions and a plurality of fuzzy sets, respectively. In addition, the operation state determination unit 120 may determine the operation state of the IGBT 15 based on the result of the performed fuzzy inference.

여기서, 복수의 소속 함수는 콜렉터 전압값, 콜렉터 전류값, 경과 시간값 및 IGBT(15)의 동작 상태가 단락 상태일 확률을 나타내는 에러율 각각에 대응하는 복수의 퍼지 집합(Fuzzy Set)의 소속도를 나타내는 함수일 수 있다.Here, the plurality of membership functions include the degree of membership of a plurality of fuzzy sets corresponding to the collector voltage value, the collector current value, the elapsed time value, and the error rate indicating the probability that the operation state of the IGBT 15 is a short circuit. It may be a function representing

따라서 [수학식 3]과 같이 매 샘플링마다 섹터 번호를 이전 값과 비교하여 바뀌지 않으면 1의 값을 저장하고, 섹터번호가 바뀌게 되면 0으로 초기화하는 변수 k를 정의할 수 있다.Therefore, as in [Equation 3], a variable k can be defined that compares the sector number with the previous value for every sampling, stores a value of 1 if it does not change, and initializes it to 0 when the sector number changes.

[수학식 3][Equation 3]

k=kk-1+1 if)Sk =Sk-1 k=k k-1 +1 if)S k =S k-1

k=0 if)Sk ≠Sk-1 k=0 if)S k ≠S k-1

즉 변수 k의 평균값을 계산함으로써 평균값<k>를 생성할 수 있다. 인버터 스위치가 정상적으로 동작한다면 <k>는 일정하게 유지될 수 있으나, 인버터 스위치인 IGBT의 고장이 발생하면 벡터의 위상각은 특정 섹터에만 존재하므로 특정 섹터시간이 길어져 <k>가 증가할 수 있다.That is, the average value <k> can be generated by calculating the average value of the variable k. If the inverter switch operates normally, <k> can be kept constant. However, when the IGBT, which is the inverter switch, fails, the phase angle of the vector exists only in a specific sector, so the specific sector time becomes longer and <k> may increase.

만약 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치에서 부하가 변동되는 것을 이유로 인버터에 흐르는 전류 iabc의 크기나 주파수가 바뀌게 되면, 벡터 위상각의 회전 속도도 바뀌게 되므로 <k>또한 바뀔 수 있다. If the magnitude or frequency of the current i abc flowing through the inverter is changed due to a load change in the energy saving monitoring device according to an embodiment of the present invention, the rotation speed of the vector phase angle is also changed, so <k> may also be changed. .

이 경우 IGBT 스위치는 정상적으로 동작함에도 불구하고, 고장으로 판단하는 오류가 발생할 수 있다. 따라서 부하 변동에 대한 정규화 과정이 필요할 수 있다.In this case, even though the IGBT switch operates normally, an error that is determined as a failure may occur. Therefore, a normalization process for load fluctuations may be necessary.

<k>의 정규화는 전류제어기의 값으로부터 구할 수 있다. 즉 수학식 4를 통하여 정지좌표계의 전류i* αβ로부터 수학식 4를 통해서 벡터 위상값θ*을 구할 수 있다.The normalization of <k> can be obtained from the value of the current controller. That is, the vector phase value θ * can be obtained through Equation 4 from the current i * αβ of the stationary coordinate system through Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 3]과 마찬가지로 [수학식 4]를 통해 [수학식 5]을 계산함으로써 θ*의 구간S* 및 변수 k*을 계산할 수 있다.As in [Equation 3], by calculating [Equation 5] through [Equation 4], the section S * and variable k * of θ * can be calculated.

[수학식 5][Equation 5]

k*=k*k-1+1 if)S*k =S*k-1 k*=k* k-1 +1 if)S* k =S* k-1

k=0 if)S*k ≠S*k-1 k=0 if)S* k ≠S* k-1

<수학식 6>과 같이, <k>에 k*의 평균값<k*>을 나누어 주면 부하 변동 등의 과도 상태에 독립적이고, IGBT의 고장 검출이 가능한 정규화된 고장검출변수KN을 구할 수 있게 된다. 따라서 IGBN이 정상 동작을 한다면, <k>와 <k*>가 같은 값을 가지므로 KN은 1의 값을 가지게 되며, IGBT가 고장이라면 <k*>에 비해 <k>가 증가하게 된다. As shown in <Equation 6>, if <k> is divided by the average value of k * <k*>, it is possible to obtain a normalized failure detection variable K N that is independent of transient conditions such as load fluctuations and can detect IGBT failures. do. Therefore, if the IGBN operates normally, <k> and <k*> have the same value, so K N has a value of 1. If the IGBN is faulty, <k> increases compared to <k * >.

[수학식 6][Equation 6]

KN=<k>/<k*>K N =<k>/<k*>

따라서 IGBT의 고장 검출을 위해 고장 검출 변수KN 제1 임계값 th1과 비교하여 KN이 제1 임계 값을 넘지 않는 다면, 정상 동작으로 판단하고, 제1 임계 값 th1을 넘어서면 고장으로 판단할 수 있다.Therefore, to detect the failure of the IGBT, the failure detection variable K N is Compared with the first threshold value th1, if K N does not exceed the first threshold value, it may be determined as a normal operation, and if it exceeds the first threshold value th1, it may be determined as a failure.

즉 IGBT가 정상 동작할 때, KN=1을 유지하고 고장이 발생한 경우에는 KN이 1.5이상으로 증가하게 되므로 제1임계값th1은 1<th1<1.5 범위에서 결정될 수 있다. That is, when the IGBT operates normally, K N =1 is maintained, and when a failure occurs, K N increases to 1.5 or more. Therefore, the first threshold value th1 may be determined in the range of 1<th1<1.5.

상기 제1 임계값은 1에 가까이 결정할 수록 고장 검출속도는 빨라지지만, KN과의 여유간격이 좁아지기 때문에 고장이 아님에도 불구하고 고장 신호를 발생시킬 수 있다.The closer the first threshold value is determined to 1, the faster the failure detection speed, but since the margin with K N becomes narrower, a failure signal can be generated even though it is not a failure.

또한 제1임계값 th1이 1.5에 접근할 수록 고장 검출속도는 느려지지만, 부하 변동이나 외란 등의 과도 상태에 대한 강인성이 증가할 수 있다. 일반적으로 제 1 임계값 은 충분한 강인성을 확보하면서, 검출속도 또한 확보되도록 1.3으로 결정할 수 있다. In addition, as the first threshold value th1 approaches 1.5, the failure detection speed becomes slower, but robustness against transient conditions such as load fluctuations or disturbances may increase. In general, the first threshold value may be determined to be 1.3 so that the detection speed is also secured while ensuring sufficient robustness.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터에서 고장 식별을 하기 위한 방법을 살펴보면, 인버터 고장 진단의 두 번째 단계로서, 먼저, 인버터 스위치의 고장이 검출되면, 어느 스위치가 고장인지 판별하기 위한 고장 식별이 필요할 수 있다.Referring to FIG. 2 , looking at a method for fault identification in an inverter according to an embodiment of the present invention, as a second step in diagnosing an inverter fault, first, when a fault of an inverter switch is detected, it is determined which switch is faulty Fault identification may be necessary to

본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT의 고장 식별은 두 가지의 식별변수를 통해서 수행될 수 있다. IGBT failure identification according to an embodiment of the present invention may be performed through two identification variables.

하나는 상 개방 고장의 식별, 즉 인버터의 한 상이 개방된 경우를 식별하기 위한 것으로 A, B, C 상 중 같은 상의 상단 스위치와 하단 스위치 모두 고장이 발생할 경우를 식별하기 위한 것이고, 다른 하나는 스위치의 다중 개방 고장 발생시 이를 식별하기 위한 것으로 하나 이상의 여러 스위치에 개방고장이 발생한 경우를 식별하기 위한 것이다. One is to identify a phase open fault, that is, when one phase of the inverter is open, and the other is to identify a case where a failure occurs in both the upper and lower switches of the same phase among A, B, and C phases. This is to identify the occurrence of multiple open faults in the switch, and it is to identify the case in which an open fault has occurred in one or more switches.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 PWM 인버터 시스템을 나타낸 도면이다.5 is a view showing a three-phase PWM inverter system according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, Vdc는 직류 전원 전압이고, ia, ib, ic는 각각 A, B, C상 전류, 부하로는 유도 전동기를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 5 , Vdc is a DC power supply voltage, ia, ib, and ic are A, B, and C phase currents, respectively, and an induction motor may be used as a load.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터에서 고장 식별을 하기위한 방법을 살펴보면, 인버터 고장 진단의 두 번째 단계로서, 먼저 IGBT스위치의 고장이 검출되면, 어느 IGBT가 고장인지 판별하기위한 식별이 필요할 수 있다.Referring to the method for fault identification in the inverter according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. 2 , as a second step of diagnosing an inverter fault, when a fault of an IGBT switch is detected, determining which IGBT is faulty identification may be required for

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터에서 상 개방고장 식별을 하기 위한 것으로 인버터 3상의 각 전류는 이상적인 정현파로 가정하여 [수학식 7]과 같이 표현할 수 있다.Referring to FIG. 2 , for identifying a phase open failure in the inverter according to an embodiment of the present invention, each current of the three phases of the inverter is assumed to be an ideal sine wave and can be expressed as [Equation 7].

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 7에서, IM은 전류 최대값, we는 전류 각주파수,

Figure pat00004
는 초기 위상각을 나타낸다. 각 상전류에 정규화 과정을 거치면, 다음 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.In Equation 7, I M is the current maximum value, w e is the current angular frequency,
Figure pat00004
denotes the initial phase angle. When each phase current is subjected to a normalization process, it can be expressed as in Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

정규화된 전류를 이용하여 [수학식 9]와 같이 다른 두 상전류의 차를 이용함으로써 상 개방 고장의 식별변수를 계산할 수 있다.By using the difference between the other two phase currents as in [Equation 9] using the normalized current, the identification variable of the phase open failure can be calculated.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00007
Figure pat00008

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00009
Figure pat00009

([수학식 10]에서,T는 정현파 전류의 한 주기를 의미할 수 있다.)(In [Equation 10], T may mean one cycle of the sinusoidal current.)

만약 상 개방 고장 없이 스위치가 정상이라면, [수학식 10]에 의해 A상 및 B상의 상전류 차의 절대값은 1.1이 되므로 상 개방 고장 식별변수 Pn 은 정상일 때 항상 0을 유지할 수 있다. 만약 3상 중에 C상에 고장이 발생하면, A상 및 B상 전류는 키르히 법칙에 의해 부호만 반대 부호로 반전되고 크기는 같아질 수 있다.If the switch is normal without a phase open failure, the absolute value of the difference between the phase currents of phase A and phase B becomes 1.1 according to [Equation 10], so that the phase open failure identification variable P n can always be maintained at 0 when normal. If a fault occurs in phase C among three phases, the currents in phase A and phase B are reversed with opposite signs according to Kirch's law, and the magnitudes can be the same.

Figure pat00010
이 되고, 그 절대값은 √3이 되므로, 상 개방고장의 식별 변수 Pn은 0.632(=√3-1.1)가 될 수 있다. 즉, 상 개방고장 식별 변수Pn 이 0이면 인버터는 정상 상태이고, 이 0632 값을 가지면 상 개방고장 상태가 되므로, 을 제 2 임계값(th2)와 비교함으로써, 상 개방고장을 식별할 수 있다. 여기에서, 도 4에서 스위치 S1이나 S2 둘 중 하나만 고장이 발생했다면, Pa는 약 0.3~0.35의 값을 가지게 되므로, 제 2 임계값(th2)는 0.35<th2<0.632의 범위에서 결정될 수 있다 In other words
Figure pat00010
, and its absolute value becomes √3, the identification variable Pn of the phase open failure can be 0.632 (=√3-1.1). That is, if the phase open failure identification variable Pn is 0, the inverter is in a normal state, and if it has a value of 0632, it is in a phase open failure state. Here, if only one of the switches S1 or S2 in FIG. 4 fails, Pa has a value of about 0.3 to 0.35, so the second threshold value th2 may be determined in the range of 0.35 < th2 < 0.632.

다중 개방 고장이 발생한 경우, 인버터를 구성하는 6개의 IGBT 중에서 고장이 발생한 스위치에 따라 해당 상의 상전류는 양(+)의 반주기나 혹은 음(-)의 반주기만 존재하게 된다. 따라서 고장 스위치의 식별은 측정된 3상 전류의 부호를 통해서 파악할 수 있다.In case of multiple open fault, the phase current of the corresponding phase exists only in positive (+) half cycle or negative (-) half cycle depending on the faulty switch among the 6 IGBTs constituting the inverter. Therefore, the identification of the faulty switch can be grasped through the sign of the measured three-phase current.

3상 전류에 대한 부호 결정 변수ln 을 도입하고, 부호 결정 변수 ln의 한 주기 동안 평균을 계산함으로써, 부호 결정 변수의 한 주기 동안 평균이 0이면 인버터가 정상 동작하는 것으로 판단할 수 있고, 어떤 상수값을 가지면 스위치가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 즉, 부호 결정 변수ln 의 한 주기 동안 평균이 여러 상의 스위치 고장을 식별할 수 있는 다중 스위치 고장 식별 변수Ln 이 된다.By introducing the sign determining variable l n for the three-phase current and calculating the average for one cycle of the sign determining variable l n , if the average during one cycle of the sign determining variable is 0, it can be determined that the inverter operates normally, If it has a certain constant value, it can be determined that the switch is faulty. That is, the average during one cycle of the sign decision variable l n becomes a multi-switch failure identification variable Ln that can identify multiple phase switch failures.

3상 전류에 대한 부호 결정 변수를 도입하기 위해서는, 3상 전류 신호의 부호를 판별하기 위한 기준이 되는 제 3 임계값 th3을 정의해야 한다. 즉, <수학식 11>와 같이 각 상전류의 절대값이 제 3 임계값 th3보다 작으면 0으로 정의하고, 각 상전류의 절대값이 제 3 임계값 th3 이상이면서, 부호가 같으면 1로 정의하고, 부호가 다르면 -1 로 정의할 수 있다.In order to introduce the sign determining variable for the three-phase current, it is necessary to define a third threshold value th3 serving as a reference for determining the sign of the three-phase current signal. That is, as in <Equation 11>, when the absolute value of each phase current is less than the third threshold value th3, it is defined as 0, and when the absolute value of each phase current is equal to or greater than the third threshold value th3, it is defined as 1, If the sign is different, it can be defined as -1.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00011
Figure pat00011

이론적으로는 제 3 임계값 th3 은 측정 전류값과 비교하여 3상 전류 신호의 부호를 판별하기 위한 것이므로, 제3 임계값 th3을 0으로 두고, 측정된 전류 신호가 0보다 크면 ln=1로 정의하고, 작으면 ln=-1로 정의하는 것이 부호 판별의 계산에 용이할 수 있다. 다만, 제 3 임계값 th3은 실제 측정 전류값과 비교하는 것이므로, 제3 임계값 th3을 이론상 전류값 0으로 결정할 수는 없고, 노이즈 등의 옵셋 성분을 가진 실제 전류값을 고려하여 결정할 수 있다. 즉, 제 3 임계값 th3은 가능한 작은 값을 가지도록 결정되는 것이 정확할 수 있으나, 너무 작게 결정되면 전류 신호에 포함된 노이즈 등에 민감해지므로, 제 3 임계값 th3은 노이즈 등의 옵셋 성분, 민감도 등을 고려하여 정격 전류값의 2~5%정도로 결정될 수 있다.Theoretically, the third threshold value th3 is to determine the sign of the three-phase current signal by comparing it with the measured current value, so the third threshold value th3 is set to 0, and if the measured current signal is greater than 0, ln=1 is defined and, if it is small, it may be easier to calculate the sign discrimination by defining ln=-1. However, since the third threshold value th3 is compared with the actual measured current value, the third threshold value th3 cannot be theoretically determined as the current value 0, but can be determined in consideration of the actual current value having an offset component such as noise. That is, it may be accurate that the third threshold value th3 is determined to have as small a value as possible, but if it is determined too small, it becomes sensitive to noise included in the current signal. Considering this, it can be determined as about 2~5% of the rated current value.

따라서, 다중 스위치 고장 식별 변수 Ln은 <수학식 12>와 같이 부호 결정 변수 ln의 평균값, 즉, 한 주기 동안 평균으로 표현할 수 있다.Therefore, the multi-switch failure identification variable Ln can be expressed as the average value of the sign determining variable ln, ie, the average during one cycle as shown in Equation 12.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00012
Figure pat00012

인버터가 정상 동작할 때, 각 상전류는 정현파이므로 다중 스위치 고장 식별변수 Ln =0이 되고 IGBT 고장의 경우, 해당 상의 고장 식별변수는 고장 스위치에 따라 Ln=±0.5가 된다.When the inverter operates normally, each phase current is a sine wave, so the multi-switch fault identification variable Ln = 0, and in the case of an IGBT failure, the fault identification variable of the corresponding phase becomes Ln = ±0.5 depending on the faulty switch.

예를 들어, A상의 상단 IGBT S1이 고장이라면 A상 전류는 양(+)의 반주기는 0, 음(-)의 반주기는 음(-)의 값만 가지므로 고장 식별 변수 Ln 중 La는 약 -0.5가 되고, 반대로 A상의 하단 IGBT S2가 고장이라면 La는 약 +0.5가 된다. 이 때, Lb와 Lc는 0.2에서 0.3의 값을 가지게 된다.For example, if the upper IGBT S1 of A-phase is faulty, the A-phase current has only 0 for positive (+) half cycle and negative (-) for negative (-) half cycle, so La of fault identification variable Ln is about -0.5 Conversely, if the lower IGBT S2 of phase A is faulty, La becomes about +0.5. At this time, Lb and Lc have values of 0.2 to 0.3.

따라서, 다중 스위치 고장 식별 변수 Ln 을 제 4 임계값 th4와 비교하여, 고장 스위치를 판별할 수 있다. 위의 예처럼, A상의 상단 IGBT S1이 고장이면, La는 약 -0.5의 값을 가지고, Lb와 Lc는 0.2에서 0.3의 값을 가지므로, 제 4 임계값 th4는 0.3 < th4 < 0.5의 범위에서 결정될 수 있다. 즉, 다중 스위치 고장 식별 변수La의 값이 제 4 임계값 th4보다 작으면 A 상 IGBT는 정상 상태이고, 식별 변수 의 값이 제 4 임계값 th4보다 크면 A상 IGBT가 개방고장 상태인 것으로 판단할 수 있다.Accordingly, by comparing the multi-switch failure identification variable Ln with the fourth threshold value th4, it is possible to determine the failure switch. As in the above example, if the upper IGBT S1 of phase A fails, La has a value of about -0.5, and Lb and Lc have values of 0.2 to 0.3, so the fourth threshold value th4 is in the range of 0.3 < th4 < 0.5 can be determined from That is, if the value of the multi-switch failure identification variable La is less than the fourth threshold value th4, the A-phase IGBT is in a normal state, and if the value of the identification variable is greater than the fourth threshold value th4, it is determined that the A-phase IGBT is in an open failure state. can

표 1은 인버터 IGBT의 개방 고장에 대하여 식별가능한 경우의 수를 나타낸 표이다. 표 1에서 IGBT의 개방 고장에 대해 식별 가능한 수를 나타내기 위해 수학식 13과 수학식 14에서 고장 검출 변수와 다중 스위치 고장 식별 변수를 기호를 정의하여 표현하였다.Table 1 is a table showing the number of identifiable cases for an open failure of the inverter IGBT. In Table 1, in order to indicate the number of identifiable open failures of the IGBT, in Equations 13 and 14, the failure detection variable and the multi-switch failure identification variable are expressed by defining symbols.

[수학식 13][Equation 13]

Figure pat00013
Figure pat00013

[수학식 14][Equation 14]

Figure pat00014
Figure pat00014

[표 1][Table 1]

Figure pat00015
Figure pat00015

[ 표 1]을 참조하면, 개방 고장을 5가지의 그룹으로 분류하여 하나의 IGBT 고장, 상 개방 고장, 두 상의 각각 상단 및 하단 IGBT 고장, 두 상의 상단(하단) IGBT와 다른 상의 하단(상단) IGBT고장, 한상의 개방 고장과 두 상의 각각 상단 및 하단 IGBT 고장으로서 총 27가지의 경우의 개방 고장을 식별할 수 있다. 표 1에서 []는 해당 IGBT가 고장이거나 정상임을 의미하고, (|)는 둘다 고장 또는 적어도 하나는 고장임을 의미한다.Referring to [Table 1], open faults are classified into 5 groups, and one IGBT fault, phase open fault, upper and lower IGBT failures of two phases respectively, upper (lower) IGBT of two phases and lower (upper) of the other phase A total of 27 cases of open failure can be identified as IGBT failure, open failure of one phase, and upper and lower IGBT failures of two phases, respectively. In Table 1, [] means that the corresponding IGBT is faulty or normal, and (|) means that both are faulty or at least one is faulty.

표 1 및 <수학식 13>, <수학식 14>을 참조하면, 상 개방고장 식별 변수 Pn이 모두 N인 경우에는 같은 상에는 고장인 IGBT가 없으며, 상 개방고장 식별 변수 Pn의 어느 한 상에서 F인 경우에는 그 한 상에서 IGBT 고장이 발생했음을 판단할 수 있다. Referring to Table 1 and <Equation 13> and <Equation 14>, when all of the phase open failure identification variables Pn are N, there is no IGBT faulty in the same phase, and F in any one of the phase open failure identification variables Pn. In this case, it can be determined that an IGBT failure has occurred in one phase.

또한, 표 1 및 <수학식 13>, <수학식 14>을 참조하면, 다중 스위치 고장 식별 변수 Ln이 0인 경우에는 고장인 스위치가 없으며, H 또는 L인 경우에는 해당 상의 스위치가 고장임을 판단할 수 있다.In addition, referring to Table 1 and <Equation 13> and <Equation 14>, when the multi-switch failure identification variable Ln is 0, there is no faulty switch, and in the case of H or L, it is determined that the switch of the corresponding phase is faulty can do.

이와 같이 6개의 IGBT에 대한 결과를 바탕으로 해서 실시간으로 회로의 상태를 판단하면서 고장 유무와 실시간으로 가동현황을 설비별로 표시할 수 있다.As described above, based on the results of the six IGBTs, the status of the circuit can be determined in real time, and the presence or absence of a failure and the operation status can be displayed for each facility in real time.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치를 사용한 홈 대시보드의 상황을 보여주는 도면이다.6 is a view showing a situation of a home dashboard using an energy saving monitoring device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 설비 1과 설비 2에 배치되어 있는 6개의 IGBT에 대한 고장 현황을 알 수 있고, 기간별로(즉 월별, 일별, 주별)로 에너지 사용량과 그에 따른 비용산출금액에 대한 확인이 가능할 수 있다.Referring to FIG. 6, it is possible to know the failure status of six IGBTs disposed in facility 1 and facility 2, and it is possible to check the energy consumption and cost calculation amount for each period (that is, monthly, daily, weekly). It may be possible.

만일 이러한 시스템이 적용되는 것이 사출기의 경우라고 가정한다면, 센서리스 벡터 제어 방식과 유량과 압력에 대한 아날로그 신호를 실시간으로 피드백 받는 방법으로 공정 조건에 맞추어 적절한 유량과 압력을 제공하여 에너지 소비를 최소화하는 결과를 얻을 수 있게 된다.If it is assumed that this system is applied to the injection machine, the sensorless vector control method and the method of receiving analog signals for flow and pressure in real time are used to provide appropriate flow and pressure according to the process conditions to minimize energy consumption. results can be obtained.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치를 차량에 적용한 경우를 보여주는 도면이다.7 is a diagram illustrating a case in which the energy saving monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to a vehicle.

도 7을 참조하면, ESS(Energy Storage System)을 적용하여 주행시에는 운행 속도는 일정한 속력을 유지할 수 있고, 정지시에는 공회전의 rpm을 낮추어서 에너지를 절약할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.Referring to FIG. 7 , by applying an Energy Storage System (ESS), the operating speed can be maintained at a constant speed during driving, and a system that can save energy by lowering the idling rpm when the vehicle is stopped can be constructed.

또한 하드웨어의 상태를 실시간으로 감지하고 이상 감지시 자동으로 앱을 통해 통보함으로써 인버터 비가동으로 인한 손실(loss)를 최소화할 수 있도록 구성할 수 있다.In addition, it can be configured to minimize the loss due to inverter non-operation by detecting the hardware status in real time and automatically notifying it through the app when an abnormality is detected.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 세이빙 모니터링 장치의 일부 구성을 보여주는 블록도이다.8 is a block diagram showing a partial configuration of an energy saving monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 에너지 세이빙 모니터링 장치에 있어서, 3상 전류를 측정하기 위한 측정부(10);와, 상기 측정부에서 측정한 전류값들을 계산 및 변환하여 평균값을 계산하기 위한 계산부(20);와, 상기 계산부(20)의 계산 결과를 이용하여 IGBT 개방 고장 여부를 검출하는 고장 검출부(30); 및 상기 고장 검출부(30)에서 IGBT 개방 고장을 검출하면, 어느 IGBT가 고장인지 식별하는 고장 식별부(40)를 포함하며, 상기 IGBT 들의 작동 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 모니터(110)와, 상기 모니터를 통해서 실시간으로 에너지 사용량을 추정할 수 있는 실시간 감지부(120)를 더 포함하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 8 , in the energy saving monitoring apparatus, a measuring unit 10 for measuring a three-phase current; and a calculating unit 20 for calculating and converting current values measured by the measuring unit to calculate an average value ); and a failure detection unit 30 for detecting whether there is an IGBT open failure using the calculation result of the calculation unit 20; and a fault identification unit 40 that identifies which IGBT is faulty when the fault detection unit 30 detects an IGBT open failure, and a monitor 110 that can check the operating status of the IGBTs in real time; It may further include a real-time sensing unit 120 capable of estimating energy usage in real time through a monitor.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The foregoing description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

10: 측정부 20: 계산부
30: 고장 검출부 40: 고장 식별부
10: measurement unit 20: calculation unit
30: fault detection unit 40: fault identification unit

Claims (6)

사출기에 대한 에너지 세이빙 모니터링 방법에 있어서,
측정부의 센서를 통해서 인버터의 3상전류를 측정하고 계산부로 전달하는 단계(S10);
측정된 3상 전류값의 평균값을 계산하며 정규화하고, 고장 검출변수KN를 생성하는 단계(S20);
고장 검출변수KN를 제1임계값(th1)과 비교하여 고장여부를 판단하는 단계(S30); 및
인버터 중 IGBT에 대한 개방 고장유무를 최종적으로 식별하는 단계(S40);를 포함하고,
상기 인버터에 장착된 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister)이며,
주제어기에서 사용하는 신호는 상기 IGBT와 연결된 전류 신호이고,
상기 전류 신호와 전압신호를 바탕으로 모터의 운전속도를 계산하여 속도 센서를 대체할 수 있으며,
상기 제어방식은 센서리스 벡터 제어에 해당하고, 전력스위칭 소자인 IGBT를 통한 고조파 함유율을 줄일 수 있는 변조기법의 도입을 통해 열손실과 에너지 소비를 최소화할 수 있고,
실시간으로 상기 IGBT들의 작동상황에 대한 판단이 가능하고,
기간별 사용량에 대한 측정이 가능하여 유량과 압력에 대한 아날로그 신호를 실시간으로 피드백받아 에너지 소비를 최소화하는 것을 특징으로 하는 사출기에 대한 에너지 세이빙 모니터링 방법.
In the energy saving monitoring method for the injection machine,
measuring the three-phase current of the inverter through the sensor of the measuring unit and transmitting it to the calculating unit (S10);
calculating and normalizing the average value of the measured three-phase current values, and generating a failure detection variable K N (S20);
determining whether a failure occurs by comparing the failure detection variable K N with the first threshold value th1 (S30); and
Including; finally identifying the presence or absence of an open failure of the IGBT among the inverters (S40);
The switch mounted on the inverter is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),
The signal used by the master controller is the current signal connected to the IGBT,
It is possible to replace the speed sensor by calculating the operating speed of the motor based on the current signal and the voltage signal,
The control method corresponds to sensorless vector control, and it is possible to minimize heat loss and energy consumption through the introduction of a modulation technique that can reduce the harmonic content through IGBT, which is a power switching device,
It is possible to determine the operating status of the IGBTs in real time,
Energy saving monitoring method for injection molding machines, characterized in that it is possible to measure the amount of usage per period, so that the analog signals for flow and pressure are fed back in real time to minimize energy consumption.
차량에 대한 에너지 세이빙 모니터링 방법에 있어서,
측정부의 센서를 통해서 인버터의 3상전류를 측정하고 계산부로 전달하는 단계(S10);
측정된 3상 전류값의 평균값을 계산하며 정규화하고, 고장 검출변수KN를 생성하는 단계(S20);
고장 검출변수KN를 제1임계값(th1)과 비교하여 고장여부를 판단하는 단계(S30); 및
인버터 중 IGBT에 대한 개방 고장유무를 최종적으로 식별하는 단계(S40);를 포함하고,
상기 인버터에 장착된 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister)이며,
주제어기에서 사용하는 신호는 상기 IGBT와 연결된 전류 신호이고,
상기 전류 신호와 전압신호를 바탕으로 모터의 운전속도를 계산하여 속도 센서를 대체할 수 있으며,
상기 제어방식은 센서리스 벡터 제어에 해당하고, 전력스위칭 소자인 IGBT를 통한 고조파 함유율을 줄일 수 있는 변조기법의 도입을 통해 열손실과 에너지 소비를 최소화할 수 있고,
실시간으로 상기 IGBT들의 작동상황에 대한 판단이 가능하고,
기간별 사용량에 대한 측정이 가능하여 공회전에 대한 자료를 실시간으로 피드백받아 에너지 소비를 최소화하는 것을 특징으로 하는 차량에 대한 에너지 세이빙 모니터링 방법.
In the energy saving monitoring method for a vehicle,
measuring the three-phase current of the inverter through the sensor of the measuring unit and transmitting it to the calculating unit (S10);
calculating and normalizing the average value of the measured three-phase current values, and generating a failure detection variable K N (S20);
determining whether a failure occurs by comparing the failure detection variable K N with the first threshold value th1 (S30); and
Including; finally identifying the presence or absence of an open failure of the IGBT among the inverters (S40);
The switch mounted on the inverter is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),
The signal used by the master controller is the current signal connected to the IGBT,
It is possible to replace the speed sensor by calculating the operating speed of the motor based on the current signal and the voltage signal,
The control method corresponds to sensorless vector control, and it is possible to minimize heat loss and energy consumption through the introduction of a modulation technique that can reduce the harmonic content through IGBT, which is a power switching device,
It is possible to determine the operating status of the IGBTs in real time,
Energy saving monitoring method for a vehicle, characterized in that it is possible to measure the amount of usage by period and minimizes energy consumption by receiving feedback on idling data in real time.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하드웨어의 상태를 실시간으로 감지하고 이상 감지시 자동으로 앱을 통해 통보함으로써 인버터 비가동으로 인한 손실(loss)를 최소화할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 세이빙 모니터링 방법.
3. The method of claim 1 or 2,
Energy saving monitoring method, characterized in that it is possible to minimize the loss (loss) due to inverter non-operation by detecting the state of the hardware in real time and automatically notifying it through the app when an abnormality is detected.
에너지 세이빙 모니터링 장치에 있어서,
3상 전류를 측정하기 위한 측정부;
상기 측정부에서 측정한 전류값들을 계산 및 변환하여 평균값을 계산하기 위한 계산부;
상기 계산부의 계산 결과를 이용하여 IGBT 개방 고장 여부를 검출하는 고장 검출부; 및
상기 고장 검출부에서 IGBT 개방 고장을 검출하면, 어느 IGBT가 고장인지 식별하는 고장 식별부를 포함하며,
상기 IGBT 들의 작동 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 모니터와,
상기 모니터를 통해서 실시간으로 에너지 사용량을 추정할 수 있는 실시간 감지부를 더 포함하여 에너지 소비를 최소화할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지세이빙 모니터링 장치.
In the energy saving monitoring device,
a measuring unit for measuring three-phase current;
a calculation unit for calculating and converting the current values measured by the measuring unit to calculate an average value;
a failure detection unit for detecting whether there is an IGBT open failure using the calculation result of the calculation unit; and
When the failure detection unit detects an IGBT open failure, it includes a failure identification unit for identifying which IGBT is a failure,
a monitor capable of checking the operating status of the IGBTs in real time;
Energy saving monitoring device, characterized in that it can minimize energy consumption by further comprising a real-time sensing unit capable of estimating the energy usage in real time through the monitor.
제4항에 있어서,
상기 IGBT는, PWM 신호를 입력받아 제어되는 IGBT의 콜렉터에 인가되는 콜렉터 전압값, 상기 IGBT의 콜렉터에 흐르는 콜렉터 전류값 및 상기 PWM 신호가 입력된 시점부터 경과한 시간인 경과 시간값을 IGBT 드라이버로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 에너지세이빙 모니터링 장치.
5. The method of claim 4,
The IGBT receives from the IGBT driver a collector voltage value applied to the collector of the IGBT controlled by receiving the PWM signal, a collector current value flowing through the collector of the IGBT, and an elapsed time value that is a time elapsed from the time when the PWM signal is inputted from the IGBT driver. Energy saving monitoring device, characterized in that receiving.
측정부의 센서를 통해서 인버터의 3상전류를 측정하고 계산부로 전달하는 단계(S10);
측정된 3상 전류값의 평균값을 계산하며 정규화하고, 고장 검출변수KN를 생성하는 단계(S20);
고장 검출변수KN를 제1임계값(th1)과 비교하여 고장여부를 판단하는 단계(S30); 및
인버터 중 IGBT에 대한 개방 고장유무를 최종적으로 식별하는 단계(S40);를 포함하고,
상기 에너지 세이빙 모니터링 방법에 있어서,
1) 설비 1과 2에서 각 IGBT의 작동 상황을 실시간으로 모니터링하고,
2) 상기 각 IGBT의 고장 현황에 대한 판단이 가능하고,
3) 월간 전체 전력에 대한 비용현황에 대한 관찰이 가능하고,
4) 주간, 일간, 월간, 년간 사용전력에 대한 모니터링이 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 세이빙 모니터링 방법.





measuring the three-phase current of the inverter through the sensor of the measuring unit and transmitting it to the calculating unit (S10);
calculating and normalizing the average value of the measured three-phase current values, and generating a failure detection variable K N (S20);
determining whether a failure occurs by comparing the failure detection variable K N with the first threshold value th1 (S30); and
Including; finally identifying the presence or absence of an open failure of the IGBT among the inverters (S40);
In the energy saving monitoring method,
1) Monitoring the operating status of each IGBT in facilities 1 and 2 in real time,
2) It is possible to determine the failure status of each IGBT,
3) It is possible to observe the current cost of electricity for the entire month,
4) An energy saving monitoring method, characterized in that it is possible to monitor weekly, daily, monthly, and annual power consumption.





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