KR101322611B1

KR101322611B1 - 엘리베이터 구동용 피더블유엠 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법

Info

Publication number: KR101322611B1
Application number: KR1020120062590A
Authority: KR
Inventors: 최윤영; 심영석
Original assignee: 현대엘리베이터주식회사
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-10-29

Abstract

본 발명은 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법에 관한 것으로, 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터에서의 입력 위상 검출 시 발생한 오차를 제어기를 통해 보상하여 입력단의 입력 리액터 용량을 줄임과 동시에 입력 전류의 고조파 왜율을 저감시킬 수 있도록 한 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법은, 입력전원의 위상각에 고조파 성분이 포함되면, 컨버터 q축 전류를 주파수 분석하여 기본파 성분의 몇 차 성분인지를 파악하고, 상기 성분을 "0"으로 수렴하도록 고조파전류제어기에서 전압성분을 만든 후, 이를 PWM에 입력하여 고조파 성분을 제거하도록 이루어진다.

Description

엘리베이터 구동용 피더블유엠 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법{REDUCING METHOD FOR TOTAL HARMONIC DISTORTION RATIO OF PWM CONVERTER FOR DRIVING ELEVATOR}

본 발명은 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘리베이터의 구동을 위한 PWM 컨버터에서의 입력 위상 검출 시 발생한 오차를 제어기를 통해 보상하므로서 입력 전류의 고조파 왜율을 줄일 수 있도록 한 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엘리베이터 구동용 시스템에는 다이오드 정류기가 사용되어 왔으나, 최근 신.재생 에너지와의 연계 및 에너지 효율에 대한 관심이 증대됨에 따라, 다이오드 정류기를 대체하여 3상 PWM 컨버터의 이용이 증대되고 있는 실정이다.

즉, 상기 다이오드 정류기는 입력전원의 변동에 따라 직류단 전압이 변동하게 되며, 엘리베이터에서 발생하는 회생전력을 제동 저항으로 이용하여 열에너지로 소모하므로서 비효율적인 구조를 갖는다.

이에 비하여, 상기 3상 PWM 컨버터는 역률 제어 및 직류단 전압제어가 가능하며 회생전력을 전원으로 공급하여 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있으나, 부수적인 시스템을 구성해야만 하는 문제점이 있다.

즉, 상기 PWM 컨버터의 제어를 위해서는 입력 위상 검출이 필수적이며, 만약 입력 전압 검출의 오차 또는 입력 전압의 불평형이 발생했을 경우 고조파 왜곡이 발생하게 되는데, 이러한 고조파 왜곡은 계통 전원의 품질을 떨어뜨리고 다른 부하에도 영향을 미치게 된다.

따라서, 이를 보완하기 위해서는 PWM 컨버터의 입력단에 용량이 큰 입력 리액터를 취부해야만 하는 문제점이 발생하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터에서의 입력 위상 검출 시 발생한 오차를 제어기를 통해 보상하여 입력단의 입력 리액터 용량을 줄임과 동시에 입력 전류의 고조파 왜율을 저감시킬 수 있도록 한 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법은, 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 고조파를 제거하는 방법에 있어서, 입력전원의 위상각에 고조파 성분이 포함되면, 컨버터 q축 전류를 주파수 분석하여 기본파 성분의 몇 차 성분인지를 파악하고, 상기 성분을 "0"으로 수렴하도록 고조파전류제어기에서 전압성분을 만든 후, 이를 PWM에 입력하여 고조파 성분을 제거하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고조파 성분의 제거과정은, 전압검출부에서 3상 입력전압 검출 및 d-q축 변환이 이루어지는 단계와, d축동기좌표전압이 "0"으로 수렴하도록 PLL 제어기가 동작되는 단계와, 상기 d축동기좌표전압이 "0"으로 수렴 했을 때의 위상각을 좌표변환에 이용하는 단계와, 3상 컨버터 전류를 위상각을 이용하여 좌표변환 하는 단계와, q축동기좌표전류를 주파수 분석하는 단계와, 상기 주파수 분석을 통해 고조파 성분의 차수를 구하는 단계와, 상기 고조파 성분을 "0"으로 만드는 고조파 전류제어기 구성하는 단계 및, 상기 고조파 전류제어기의 출력을 PWM에 추가하여 고조파 성분을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터에서 입력 위상 검출 시 발생한 오차를 제어기를 통해 보상하므로서, 입력 전류의 고조파 왜곡을 줄임과 동시에 입력 리액터의 용량을 감소시킬 수 있는 효과가 있게 되며, 이를 통해 경제적인 효과와 더불어 계통전원의 품질을 향상시킬 수 있는 효과도 있게 되는 것이다.

도 1은 일반적인 3상 PWM 컨버터의 위상 검출 과정을 나타내는 도면,
도 2는 3상 PWM 컨버터의 위상 검출 후 제어과정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법을 통한 고조파 성분의 제거과정을 나타내는 블록도이다.

이하, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법은, 엘리베이터 구동을 위한 3상 PWM 컨버터에서 입력 전압 검출의 오차 또는 입력 전압의 불평형에 따른 고조파 왜곡 발생 시, 이를 보완하기 위해 컨버터 전류의 고조파 성분을 주파수 분석한 후 상기 고조파 성분을 제어기를 통해 제거함에 따라 구현된다.

일반적인 3상 PWM 컨버터의 위상 검출 과정은 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1에서,

,

, LPF : 저역통과필터를 각각 나타낸다.

즉, 입력전압을 센싱한 후 좌표 변환하고 d축 전압값을 저역통과필터를 통과시켜 DC값을 만든다.

이 값은 입력전원 위상과 제어위상각이 일치하였을 경우 "0"이 된다. 이에 PI제어기로 "0"이 되는 위상각을 찾게 되면, 이 값이 결국 입력전원 위상각이 되는 것이다.

또한, 상술한 바와 같은 과정을 통해 위상이 검출되면, 상기 3상 PWM 컨버터는 도 2에 도시된 바와 같은 과정을 통해 제어가 이루어지게 된다.

도 2에서,

,

를 각각 나타낸다.

즉, 상술한 바와 같은 과정을 통해 위상각을 찾은 후 직류단 전압이 기준직류단 전압과 일치하게 q축 컨버터전류를 전류제어하면 역률1인 PWM컨버터를 구현할 수 있게 된다.

그러나, 만약 입력 전압에 불평형이 생기거나 입력전압 검출 오차로 발생할 경우 위상각에 고조파 성분이 포함되고, 이로 인해 q축 컨버터 전류에 고조파 성분이 나타나게 된다.

이로 인한 컨버터 전류의 고조파 성분은 결국 입력전압에 고조파 성분으로 나타나고 입력전압을 왜곡시켜 전고조파 왜율이 증가하게 된다.

이를 방지하기 위해 입력단에 용량이 큰 입력리액터를 취부하고 신뢰성 있는 입력전압검출을 필요로 하게 되는 것이다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법을 통한 고조파 성분의 제거과정을 나타내는 블록도로서, 상기 위상각에 고조파 성분이 포함되면 컨버터 q축 전류를 주파수 분석하여 기본파 성분의 몇 차 성분인지 파악하고, 이 성분을 0으로 수렴하게 고조파전류제어기에서 전압성분을 만들고 이를 PWM에 입력하여 고조파 성분을 제거한다.

이때, 고조파 성분은 대부분 입력 기본파 성분에 n차수에 해당하므로, 상기 고조파 성분의 좌표변환 시 기본파의 n차수에 해당하는 위상각을 이용함이 바람직하다.

도 3에서,

,

, FFT : 주파수 분석,

,

를 각각 나타낸다.

여기에서, 본 발명에 따른 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법을 통해 고조파 성분이 제거되는 전체 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전압검출부(Voltage Sensing)에서 3상 입력전압 검출 및 d-q축 변환이 이루어지면(S 1), PLL 제어기가 동작하여 d축동기좌표전압이 "0"으로 수렴하도록 제어가 이루어지게 되며(S 2), 이때 "0"으로 수렴 했을 때의 위상각을 좌표변환에 이용하게 된다(S 3).

그리고, 3상 컨버터 전류를 위상각을 이용하여 좌표변환를 행한 후(S 4), q축동기좌표전류를 주파수 분석하여(S 5), 고조파 성분의 차수를 구한다(S 6).

이를 매개로, 고조파 성분을 "0"으로 만드는 고조파 전류제어기를 구성하므로서(S 7), 상기 고조파 전류제어기의 출력을 PWM에 추가하여 고조파 성분을 제거할 수가 있게 되는 것이다(S 8).

즉, 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해, 엘리베이터의 구동용 PWM 컨버터에서의 입력 위상 검출 시 발생한 오차는 상기 고조파 전류제어기를 통해 보상이 이루어지게 되며, 이를 통해 입력단의 입력 리액터 용량을 줄임과 동시에 입력 전류의 고조파 왜율도 저감시킬 수가 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되는 것이다.

Claims

엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 고조파를 제거하는 방법에 있어서;
입력전원에 고조파 성분이 존재함에 따라 입력전원의 위상각에 고조파 성분이 포함되면, 컨버터 q축 전류를 주파수 분석하여 기본파 성분의 몇 차 성분인지를 파악하고, 상기 성분이 "0"으로 수렴되도록 고조파전류제어기를 매개로 고조파 성분을 전압성분(V⁸ _qn, V⁸ _dn)으로 만든 후, 이를 전류제어기에서 생성한 PWM 하고자 하는 기준전압벡터(V⁸ _q, V⁸ _d)와 합하여 PWM을 생성함에 따라, 고조파 성분이 제거되도록 이루어지며;
상기 고조파 성분의 제거과정은,
전압검출부에서 3상 입력전압 검출 및 d-q축 변환이 이루어지는 단계와,
d축동기좌표전압이 "0"으로 수렴하도록 PLL 제어기가 동작되는 단계와,
상기 d축동기좌표전압이 "0"으로 수렴 했을 때의 위상각을 좌표변환에 이용하는 단계와,
3상 컨버터 전류를 위상각을 이용하여 좌표변환 하는 단계와,
q축동기좌표전류를 주파수 분석하는 단계와,
상기 주파수 분석을 통해 고조파 성분의 차수를 구하는 단계와,
상기 고조파 성분을 "0"으로 만드는 고조파 전류제어기 구성하는 단계 및,
상기 고조파 전류제어기의 출력을 PWM에 추가하여 고조파 성분을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘리베이터 구동용 PWM 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법.
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