KR20220144527A - Apparatus for driving motor for elevator - Google Patents
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Abstract
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 particularly, due to the fact that the component of harmonics increases when a 3-level inverter or a switch connected to the neutral point of the 3-level converter fails due to the fact that the Elevator power conversion that converts the output current into a frequency component and monitors the nth harmonic component in the converted frequency component to accurately diagnose the fault condition of a 3-level inverter or a switch connected to the neutral point of the 3-level converter in real time It's about the device.
일반적으로, 주거용도 및 업무용도 등으로 건축되는 다양한 종류의 고층 건물에는 해당 건물을 찾는 승객의 수직방향으로의 원활한 이동을 위해 엘리베이터 장치가 설치된다.In general, in various types of high-rise buildings constructed for residential and business purposes, an elevator device is installed for smooth vertical movement of passengers looking for the corresponding 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 includes an elevator car that moves passengers while moving in an upward or downward direction along a hoistway formed in a vertical direction inside a building while a passenger is on board, and a motor unit and a traction machine that generate a predetermined power. It is configured to include a machine unit for moving the elevator car to the corresponding floor according to the passenger's button operation, and an elevator control unit for controlling the machine unit according to the passenger's button operation while controlling the elevator car to operate 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, the development of high-speed elevators suitable for the continuous advancement of high-rise buildings 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.In order to move the elevator car, an elevator power converter is used. The elevator power converter is largely a power supply unit that provides three-phase AC power, a converter unit that converts three-phase AC power into DC power, and a power converter that converts DC power back to AC. It has an inverter unit that converts it to an electric motor and provides it as an electric motor. The inverter unit applies AC power to the motor unit to drive the elevator car.
종래 이러한 엘리베이터용 전력변환장치에서 교류를 직류로 변환하는 컨버터나 직류를 교류로 변환하는 인버터에는 각 상당 2개의 스위칭 소자를 사용하는 2레벨 방식이 주로 사용되어 왔다.Conventionally, a two-level method using two switching elements has been mainly used in a converter for converting AC to DC or an inverter for converting DC to AC in such an elevator power converter.
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.In the 2-level method, since only two types of DC voltage (+) and (-) are controlled during PWM operation, the switching element configuration is simple and control is easy. However, in the case of the two-level method, switching loss or conduction loss occurs greatly 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. The increase in iron loss is a factor that lowers the system efficiency and increases 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.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 converter for elevators is largely provided as a
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 three-level method, three levels of output potential (-V DC /2, 0, V DC /2) are used. Therefore, the rate of change (dV/dt) of the output voltage is reduced by half compared to the two-level method. When the 3-level method is used in a grid-connected system such as an elevator system, the ripple of the output current is reduced because the rate of change of the output voltage is reduced by half compared to the 2-level method, and as a result, the input/output filter can reduce the size of When the size of the input/output filter is reduced, there are advantages such as increasing the efficiency of the elevator drive system and reducing the filter cost.
도 2는 3-레벨 인터버 회로도의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an example of a three-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.FIG. 2(a) shows a circuit diagram of a 3-level NPC type, and FIG. 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 three-level voltage, and , T 1 and T 3 , and T 2 and T 4 operate complementarily, respectively. The 3-level inverter uses a total of 12 switches, 4 each, and depending on the switching state, they are connected to the upper, neutral , and lower values , respectively. ) is output.
아래 표1은 스위치 동작에 따른 출력 전압값을 설명하기 위한 표이다.Table 1 below is a table for explaining the output voltage value according to the 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. The 3-level inverter performs two operations during one switching cycle according to the pole voltage command sign. The first operation is a case where the sign of the pole voltage command is positive, and the output voltage is synthesized using Case 1 and Case 3. In the second operation, the sign of the pole 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. Referring specifically to the circuit diagram of the 3-level NPC type with reference to FIG. 2( a ), each leg has four switches ( T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) and two clamping diodes (D 5 -, D ). 6 ), and the output terminal of each phase is connected to the upper, P, neutral, n, lower, and N of the DC link according to the switching state, and 3-level pole voltage is used. Structurally, the 3-level NPC inverter has two switching elements connected in series between the three nodes of the DC link, P, n, and N, and each phase output stage. It has the advantage of doubling.
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. Referring to Figure 2(b) in detail the 3-level TNPC type circuit diagram, each leg of the 3-level TNPC inverter consists of four switches (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ), and each T 1 and T 4 exist between the output terminal of the leg and the upper or lower side of the DC terminal, and T 2 and T 3 exist between the output terminal of each leg and the neutral point of the DC terminal. To prevent short circuit accident of 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 according to the switching state, and a voltage of V dc is applied to T 1 and T 4 . Therefore, T 2 , T 3 , and T 1 , T 4 have different electrical characteristics, and these electrical characteristics are different for each device used. When the output stage of the 3-level TNPC inverter is connected with P or N, the current flows through T 1 or T 4 , in each case only one switch or diode conducts. Therefore, there is an advantage in that the conduction loss is reduced compared to a 3-level NPC inverter in which two elements are always conducting.
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 that of FIG. 2(a) or FIG. 2(b) described above, and a 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 high value (V dc /2) or the low value (-V dc /2) can be accurately monitored, and if the switch controlling the output voltage of the high value or low value fails, the converter or Since the basic operation of the inverter is not performed, the fault state of the switch can be checked immediately. 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 AC current and current distortion occurs. Even if such current distortion occurs, the basic Since the operation is performed, there is a problem in 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 fails, the resulting current distortion will cause vibration or noise of the motor, and the manager will determine the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter based on the vibration or noise of the motor. It is possible to infer the failure state of the switch, but it is difficult to monitor the failure state of the switch in real time because the failure state of the switch is diagnosed after a civil complaint or regular inspection after the vibration or noise of the motor occurs for a long time. In addition, since the causes of vibration or noise of the motor are very diverse, it is difficult to accurately diagnose whether the vibration or noise of the motor 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. Furthermore, since the 3-level converter is connected to the DC link terminal in which two capacitors are connected in series, and the capacitor plays the role of filtering the noise, even if the switch connected to the neutral point of the 3-level converter fails, vibration or noise occurs in the motor unit. don't let 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- There is a problem in that it may cause an 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 to solve the problem of the electric power conversion device for an elevator having the above-mentioned 3-level inverter, and an object of the present invention is to solve the failure of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or the 3-level converter It is to provide a power conversion device for an elevator 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 the 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. To provide an elevator power converter 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 monitoring the nth harmonic component in 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 object of the present invention, a power converter for an elevator according to the present invention includes a power supply unit for providing three-phase AC power, a converter unit for generating DC power by receiving three-phase AC power, and three from the generated DC power source. An inverter unit for generating phase AC power, a motor unit driven by receiving the generated three-phase AC power supply, and a diagnostic unit for diagnosing a failure state of the converter unit by sensing a current applied to the converter unit from the power supply unit, wherein the converter unit and the inverter unit are both a 3-level type, or any one of the converter and the inverter unit is a 3-level type.
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 comprises: a first sensing unit for sensing the magnitude of the three-phase alternating current applied from the power source to the converter; and a converter for converting the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit into a frequency component; , Fault diagnosis that extracts the set nth harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit and diagnoses the fault condition of the converter unit by whether the extracted nth harmonic component exceeds a threshold value 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 comprises a second sensing unit for sensing the magnitude of the three-phase alternating current supplied from the inverter unit to the motor, and the conversion unit converts the three-phase alternating current sensed by the second sensing unit into a frequency component. The fault diagnosis unit extracts the set nth harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the second sensing unit, and determines whether the size of the extracted nth harmonic component exceeds a threshold value. Characterized in diagnosing the condition.
여기서 설정한 n차 고조파 성분은 2차 고조파 성분인 것을 특징으로 한다.The nth harmonic component set here is characterized as a 2nd 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 in that the fault state of the switch connected to the neutral point among the switches constituting the 3-level converter is diagnosed, or the fault condition of the switch connected to the neutral point among the switches constituting the 3-level inverter is diagnosed.
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 for converting the three-phase AC power sensed by the first sensing unit or the second sensing unit into a Cartesian coordinate system, and a frequency for converting the coordinate-converted three-phase AC power into a frequency component It is characterized in that it includes 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.By diagnosing the failure state of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or the 3-level converter in real time, the power conversion device for an elevator according to the present invention can prevent the 3-level inverter or the 3-level converter from failing in advance .
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 electric power conversion device for an elevator according to the present invention is a current applied to the converter or a current output from the inverter 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. is converted into a frequency component and the fault condition of the switch connected to the neutral point of the 3-level inverter or 3-level converter is diagnosed by whether the nth harmonic component extracted from the converted frequency component exceeds the threshold value. The failure of the switch connected to the neutral point of the 3-level converter can be accurately diagnosed in real time.
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.1 shows an example of a power conversion device for an elevator using a 3-level converter and a 3-level inverter.
2 is a diagram for explaining an example of a three-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.
4 is a functional block diagram illustrating an example of a diagnosis unit according to the present invention.
5 illustrates an example of a current waveform of a rectangular coordinate system generated by orthogonally transforming a current applied from an inverter unit to a motor.
6 shows an example in which a current in a Cartesian coordinate system is FFT-transformed and converted into a frequency component.
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 should be interpreted as meanings generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention, and excessively comprehensive It should not be construed as a human meaning or in an excessively reduced meaning. In addition, when the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood by being replaced with a technical term that can be correctly understood by those 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.Also, the singular expression used in the present invention includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various elements or several steps described in the invention, and some of the elements or some steps are included. It should be construed that it may not, or may further include 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 accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 엘리베이터용 전력변환장치에 대해 보다 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the power conversion device for an elevator according to the present invention will be described in more detail.
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
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
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
도 4는 본 발명에 따른 진단부의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도이다.4 is a functional block diagram illustrating an example of a diagnosis 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.Referring to FIG. 4 in more detail, the
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
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
한편 제2 센싱부(193)는 3-레벨 인버터의 중성점에 연결된 스위치의 고장 상태를 진단하기 위하여 인버터부로부터 모터부로 인가되는 전류를 센싱한다.Meanwhile, the
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
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
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 threshold or the second threshold is set based on the magnitude of the nth harmonic component that appears when all switches connected to the neutral point of the converter or inverter operate normally in the field where the elevator is driven, or in the factory where the elevator is manufactured. The switch connected to the neutral point of the converter or inverter may be set based on the magnitude of the nth harmonic component that appears when all of the switches are normally operated.
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
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
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.5 illustrates an example of a current waveform of a rectangular coordinate system generated by orthogonally transforming a current applied from an inverter unit to a motor. In the current waveform of the Cartesian coordinate system in FIG. 5 , it is difficult to confirm the frequency component of the nth harmonic component.
도 6은 직교좌표계의 전류를 FFT 변환하여 주파수 성분으로 변환한 예를 도시하고 있다.6 shows an example in which a current in a Cartesian coordinate system is FFT-transformed and converted into a frequency component.
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 magnitude of the nth harmonic, especially the 2nd harmonic component, appears small. However, as shown in Fig. 6(b), when any one of the switches (T 2 , T 3 ) connected to the neutral point of the inverter fails, a number of harmonics are generated in one cycle of the AC current, resulting in the nth harmonic, especially the 2nd harmonic Current distortion occurs in which the magnitude of the difference harmonic component is 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.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended 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: diagnostic 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; 및
상기 전원부로부터 상기 컨버터부로 인가되는 전류를 센싱하여 상기 컨버터부의 고장 상태를 진단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
a power supply unit providing three-phase AC power;
a converter unit receiving the three-phase AC power and generating DC power;
an inverter unit generating three-phase AC power from the generated DC power;
a motor unit driven by receiving the generated three-phase AC power; and
Elevator power conversion device comprising a diagnostic unit for diagnosing a failure state of the converter unit by sensing the current applied to the converter unit from the power supply unit.
상기 컨버터부와 상기 인버터부 중 적어도 어느 하나는 3-레벨 방식인 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
The method of claim 1,
At least one of the converter unit and the inverter unit is an elevator power converter, characterized in that it is a three-level method.
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 for sensing the magnitude of the three-phase alternating current applied from the power supply unit to the converter unit;
a conversion unit converting the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit into a frequency component; and
A failure diagnosis unit for extracting a set harmonic component from each frequency component of the three-phase alternating current sensed by the first sensing unit and diagnosing the failure state of the converter unit by whether the magnitude of the extracted harmonic component exceeds a threshold value Elevator power conversion device, 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
Further comprising a second sensing unit for sensing 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 magnitude of the extracted harmonic component exceeds a threshold value Elevator power conversion device, characterized in that.
설정한 고조파 성분은 2차 고조파 성분인 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 전력변환장치.
5. The method according to claim 3 or 4,
Elevator power conversion device, characterized in that the set harmonic component is the 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.
6. The method of claim 5,
Diagnosing a failure state of a switch connected to a neutral point among switches constituting the 3-level converter, or
Elevator power conversion device, characterized in that for diagnosing the failure state of the 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.
7. The method of claim 6,
The 3-level converter is a 3-level NPC converter or a 3-level TNPC converter,
The 3-level inverter is an elevator power converter, characterized in that it 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.5. The method of claim 4, wherein the conversion unit
a coordinate conversion unit converting the three-phase AC power sensed by the first or second sensing unit into a Cartesian coordinate system;
Elevator power converter, characterized in that it comprises a frequency converter for converting the coordinate-converted three-phase AC power into frequency components.
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