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KR20080061641A - Apparatus and control method for h-bridge milti-level inverter with faulty power cells - Google Patents

Apparatus and control method for h-bridge milti-level inverter with faulty power cells Download PDF

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KR20080061641A
KR20080061641A KR1020060136597A KR20060136597A KR20080061641A KR 20080061641 A KR20080061641 A KR 20080061641A KR 1020060136597 A KR1020060136597 A KR 1020060136597A KR 20060136597 A KR20060136597 A KR 20060136597A KR 20080061641 A KR20080061641 A KR 20080061641A
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power cell
power
cell
damaged
layer
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Application number
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박영민
유한승
이현원
정명길
이세현
이충동
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현대중공업 주식회사
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Publication date
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Abstract

An apparatus and a control method for an h-bridge multi-level inverter with faulty power cells are provided to perform a continuous operation of a motor by minimizing a transient time of the inverter. An apparatus for an h-bridge multi-level inverter with faulty power cells includes a master controller(1), at least one power cell(2), a cell controller(4), and an auxiliary switch(10). The master controller controls the speed and current of a motor. The power cells are connected in series to acquire a high voltage and have a single-phase inverter structure. The cell controller operates and stops the power cell in synchronization with a voltage indication value, an operation signal, and a protection signal received from the master controller. The auxiliary switch is installed in the power cell and bypasses the damaged power cell to enable continuous operation even though at least one power cell is damaged.

Description

Ｈ-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치 및 방법{APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR H-BRIDGE MILTI-LEVEL INVERTER WITH FAULTY POWER CELLS}H-Bridge Multi-Level Inverter Continuous Operation Device and Method for Decrease of Nominal Layer in Power Cell {APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR H-BRIDGE MILTI-LEVEL INVERTER WITH FAULTY POWER CELLS}

도 1은 종래의 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터 전력회로도.1 is a conventional H-bridge multilevel inverter power circuit diagram.

도 2는 종래의 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터의 주 제어기를 보인 블록도. 2 is a block diagram showing a main controller of a conventional H-bridge multilevel inverter.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터의 전력 회로도. 3 is a power circuit diagram of an H-bridge multilevel inverter according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파워 셀 바이패스용 보조스위치를 보인 구성도. Figure 4 is a block diagram showing an auxiliary switch for power cell bypass according to an embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5d는 보조스위치의 적용 예를 보인 회로도. 5A to 5D are circuit diagrams showing an application example of an auxiliary switch.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터의 레이어 단위 운전시의 백터도. 6A to 6F are vector diagrams of layer-wise operation of an H-bridge multilevel inverter according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 방법을 보인 순서도. FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of continuously decreasing ratings in units of layers in case of failure of an H-bridge multilevel inverter power cell of the present invention; FIG.

도 8은 본 발명의 레이어 단위 운전을 위한 주 제어기의 제어블록도.8 is a control block diagram of a main controller for layer-by-layer operation of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

1: 주 제어기 2: 파워 셀1: main controller 2: power cell

3: 광통신선로 4: 셀 제어기3: optical communication line 4: cell controller

5: 전원선 6: 변압기5: power line 6: transformer

10: 보조스위치10: auxiliary switch

본 발명은 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부분적인 파워 셀의 손상이 발생하더라도 손상된 파워 셀을 전기적으로 바이패스시켜 인버터의 과도시간을 최소화함으로서 전동기를 연속운전할 수 있도록 한 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for continuously decreasing the rating of a layer unit when a H-bridge multi-level inverter power cell fails. More specifically, the present invention relates to an inverter which electrically bypasses a damaged power cell even when partial power cell damage occurs. The present invention relates to an H-bridge multi-level inverter power cell failure reduction continuous operation apparatus and method for continuous operation of a motor by minimizing the transient time of the motor.

일반적으로 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터는 고전압 전동기의 가변속 장치로 도 1의 종래의 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터 전력회로도에 도시한 바와 같이 직렬 접속되는 다수개의 파워 셀(2)로 구성된다. 이러한 다수개의 파워 셀(2)은 각 상별로 각각 직렬 접속되며, 각각의 파워 셀(2)은 독립된 단상인버터 구조로 된다. In general, an H-bridge multilevel inverter is a variable speed device of a high voltage electric motor and is composed of a plurality of power cells 2 connected in series as shown in the conventional H-bridge multilevel inverter power circuit diagram of FIG. These multiple power cells 2 are connected in series for each phase, and each power cell 2 has an independent single phase inverter structure.

그리고 여러 개의 파워 셀(2)을 직렬로 연결함으로써 저 전압 파워 셀(2), 즉 저 전압 전력용 반도체를 사용하여 고 전압을 얻을 수 있다. 또한, 파워 셀(2)의 수에 따라 출력되는 전압레벨 수가 증가하여 정현파에 가까운 전압 파형을 얻을 수 있다. By connecting several power cells 2 in series, a high voltage can be obtained using the low voltage power cell 2, that is, a low voltage power semiconductor. In addition, the number of voltage levels output according to the number of power cells 2 increases to obtain a voltage waveform close to the sine wave.

여기서 전원계통과 연결되는 입력부는 2차측이 확장 델타 결선방법의 여러 개의 탭을 갖는 변압기(6)로 셀 제어기(4)로 연결된다. Here, the input unit connected to the power supply system is connected to the cell controller 4 by a transformer 6 having a plurality of taps of the secondary side of the expansion delta connection method.

또한, 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터는 종래의 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터의 주 제어기(1)를 보인 도 2에 도시한 바와 같이 유도전동기를 제어하기 위해 3상으로 마련되며, 한 상당 6개의 파워 셀(2)이 직렬 연결되어 있다. In addition, the H-bridge multi-level inverter is provided in three phases to control the induction motor as shown in FIG. 2 showing the main controller 1 of the conventional H-bridge multi-level inverter. (2) is connected in series.

그리고 각각의 파워 셀(2)에는 파워 셀(2)을 제어하는 셀 제어기(4)가 마련되고, 셀 제어기(4)는 각각의 주 제어기(1)와 광통신선로(3)를 통해 광통신 될 수 있도록 구성된다. 그리고 주 제어기(1)는 주 제어보드가 구비되고, 주 제어보드에서 셀 제어기(4)와 광통신할 수 있도록 광 변환보드가 구비된다.Each power cell 2 is provided with a cell controller 4 for controlling the power cell 2, and the cell controller 4 can be optically communicated with each main controller 1 through an optical communication line 3. It is configured to be. In addition, the main controller 1 is provided with a main control board, and an optical conversion board is provided so as to optically communicate with the cell controller 4 in the main control board.

이렇게 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터는 시스템이 동일한 파워 셀(2)과 이를 제어하기 위한 제어기의 조합으로 구성됨으로서 오작동시 파워 셀(2) 단위 또는 제어기 단위의 교체가 가능하여 여유분의 파워 셀(2)과 제어기만을 확보하면 되므로 여유부품에 대한 부담이 적다는 장점이 있다.H-bridge multi-level inverter is composed of a combination of the same power cell (2) and a controller for controlling the system, so that in case of malfunction, the replacement of the power cell (2) unit or controller unit is possible, so that the spare power cell (2) Since only the controller needs to be secured, the burden on spare parts is small.

또한, 보호동작 기능이 있어, 파워 셀(2) 단위의 고장을 감시하고, 시스템 단위의 감시하는 기능으로 좀더 신뢰성 있고, 유연한 고장감시 및 진단기능을 수행할 수 있으며, 파워 셀(2)의 단위로 교체하기 위해서는 시스템을 일시 정지하여 손상된 부품을 교체하여야 한다.In addition, there is a protective operation function, it is possible to monitor the failure of the unit of the power cell (2), and to perform a more reliable and flexible failure monitoring and diagnostic function by monitoring the unit of the system unit, the unit of the power cell (2) To replace it, the system must be paused to replace the damaged part.

하지만 시스템이 일시적으로라도 정지되어서는 안 되는 경우에는 파워 셀(2)의 부품교체 시간으로 인해 연속운전이 불가능한 문제가 있다. 즉, 각각의 제어기 및 파워 셀(2)의 손상이 발생될 경우 파워 셀(2)을 교체하기 위해 시스템을 정지하여야 함으로 연속운전이 불가능하여 중요한 작업의 경우에도 정지시켜야 하는 문제 가 있다.However, if the system should not be stopped even temporarily, there is a problem that continuous operation is impossible due to the replacement time of the parts of the power cell 2. That is, when damage occurs to each controller and power cell 2, the system must be stopped in order to replace the power cell 2, so that continuous operation is impossible, and thus there is a problem of stopping even important work.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 부분적인 파워 셀의 손상이 발생하더라도 해당 파워 셀을 전기적으로 바이패스시켜 인버터의 과도시간을 최소화함으로서 전동기를 연속운전할 수 있도록 한 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was created in view of the above necessity, and even if a partial power cell damage occurs, H-bridge multi-level enables the electric motor to continuously operate by minimizing the transient time of the inverter by electrically bypassing the power cell. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for continuously decreasing ratings in units of layers in case of inverter power cell failure.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치는 전동기의 속도 및 전류를 제어하는 주 제어기(Master Controller)와, 고 전압을 얻을 수 있도록 직렬 연결된 단상 인버터 구조의 적어도 하나의 파워 셀(Power Cell)와, 상기 파워 셀을 상기 주 제어기에서 수신된 전압지령 값, 운전신호 및 보호신호에 동기하여 상기 파워 셀을 동작시키고, 정지시키는 셀 제어기(Cell Controller)와, 상기 파워 셀에 설치되며, 적어도 하나의 파워 셀이 손상된 경우에도 연속운전 될 수 있도록 상기 손상된 파워 셀을 바이패스(bypass)시키는 보조스위치를 포함한다. In order to achieve the above object, the H-bridge multi-level inverter power cell failure reduction continuous operation device of the present invention can achieve a high voltage and a master controller for controlling the speed and current of the motor. At least one power cell of a single-phase inverter structure connected in series, and a cell for operating and stopping the power cell in synchronization with a voltage command value, an operation signal, and a protection signal received from the main controller. A controller is installed in the power cell and includes an auxiliary switch configured to bypass the damaged power cell so that the damaged power cell can be continuously operated even if at least one power cell is damaged.

여기서 상기 보조스위치는 상기 파워 셀의 출력측에 설치되며, 양방향 전류의 흐름이 가능한 마그네틱 컨텍터이거나, 단방향의 전류의 흐름이 가능한 사이리스트 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)중에 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. Here, the auxiliary switch is installed at the output side of the power cell, and is either a magnetic contactor capable of bidirectional current flow, or a selected one of a cylist or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) capable of unidirectional current flow. It is preferable to be one.

상기 보조스위치는 상기 파워 셀이 손상되어 동작이 정지될 경우에 상기 주 제어기에 의해 상기 파워 셀을 바이패스 구동하는 것이 바람직하다. Preferably, the auxiliary switch bypass-drives the power cell by the main controller when the power cell is damaged and the operation is stopped.

그리고 상기 주 제어기는 손상된 상기 파워 셀이 속하는 상에서 정상 스위칭 되는 파워 셀과 다른 상에서 정상 스위칭 되는 파워 셀이 동일하도록 다른 상의 보조스위치를 구동하여 파워 셀을 바이패스 시키는 것이 바람직하다.The main controller preferably bypasses the power cell by driving an auxiliary switch of another phase such that the power cell normally switched to the phase to which the damaged power cell belongs is the same as the power cell normally switched to the other phase.

또한, 상기 주 제어기는 상기 손상된 파워 셀에 해당하는 레이어의 다른 상의 파워 셀들을 바이패스 할 수 있게 보조스위치를 구동하는 것이 바람직하다.In addition, the main controller preferably drives the auxiliary switch to bypass the power cells on the other layer of the layer corresponding to the damaged power cell.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 방법은 파워 셀의 손상을 감지하는 단계와, 상기 파워 셀의 손상이 감지될 경우 모든 파워 셀의 스위칭을 정지시키는 단계와, 상기 바이패스할 레이어를 결정하는 단계와, 출력전압과, 주파수의 상한값을 산출하는 단계와, 반송파의 위상전이값을 산출하는 단계 및 바이패스된 파워 셀을 제외한 파워 셀의 스위칭을 동작시키는 파워 셀 스위칭 동작단계를 포함한다. In order to achieve the above object, in the H-bridge multilevel inverter power cell failure of the present invention, the method of continuously decreasing the rating on a layer basis detects damage of the power cell, and when the damage of the power cell is detected, all power is lost. Stopping switching of cells, determining a layer to bypass, calculating an upper limit of an output voltage and a frequency, calculating a phase shift value of a carrier, and excluding bypassed power cells And a power cell switching operation step of operating the switching of the power cells.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.In the following description of the present invention, the terms defined are defined in consideration of functions in the present invention, and should not be understood as a meaning of limiting the technical components of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터의 전력 회로도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파워 셀 바이패스용 보조스 위치를 보인 구성도이다. 3 is a power circuit diagram of an H-bridge multilevel inverter according to an embodiment of the present invention. 4 is a block diagram illustrating an auxiliary switch for power cell bypass according to an exemplary embodiment of the present invention.

또한, 도 5a 내지 도 5d는 보조스위치의 적용 예를 보인 회로도이다. 그리고 도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터의 레이어 단위 운전시의 백터도이다. 여기서 도 2가 함께 참조된다. 5A to 5D are circuit diagrams showing an application example of an auxiliary switch. 6A through 6F are vector diagrams of layer-by-layer operation of an H-bridge multilevel inverter according to an embodiment of the present invention. Reference is made here to FIG. 2.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치는 전동기의 속도 및 전류를 제어하는 주 제어기(1)(Master Controller)가 마련되고, 주 제어기(1)의 제어에 따라 고 전압을 얻을 수 있도록 직렬 연결된 단상 인버터 구조의 적어도 하나의 파워 셀(2)(Power Cell)과, 상기 파워 셀(2)을 상기 주 제어기(1)에서 수신된 전압지령 값, 운전신호 및 보호신호에 동기하여 상기 파워 셀(2)을 동작시키고, 정지시키는 셀 제어기(4)(Cell Controller)와, 상기 파워 셀(2)에 설치되며, 적어도 하나의 파워 셀(2)이 손상된 경우에도 연속운전 될 수 있도록 상기 손상된 파워 셀(2)을 바이패스(bypass)시키는 보조스위치(10)로 구성된다. 2 to 3, the H-bridge multi-level inverter power cell failure reduction continuous operation unit of the unit of the present invention is provided with a master controller (Master Controller) for controlling the speed and current of the motor At least one power cell (2) of the single-phase inverter structure connected in series so as to obtain a high voltage according to the control of the main controller (1), and the power cell (2) is connected to the main controller (1). A cell controller 4 for operating and stopping the power cell 2 in synchronization with a voltage command value, an operation signal, and a protection signal received from the at least one power cell; It consists of an auxiliary switch 10 for bypassing the damaged power cell (2) so that the continuous operation even if the power cell (2) is damaged.

여기서 주 제어기(1)는 주 제어보드가 구비되고, 주 제어보드에서 셀 제어기(4)와 광통신할 수 있도록 광 변환보드로 구비된다. 그리고 디지털 입출력보드와 아날로그 입출력 보드가 마련된다.Here, the main controller 1 is provided with a main control board, and is provided as an optical conversion board to optically communicate with the cell controller 4 in the main control board. And digital input / output board and analog input / output board are prepared.

그리고 주 제어기(1)에서 셀 제어기(4)로 전압지령 값, 운전신호 및 보호신호에 동기하여 전송될 수 있도록 광통신선로(3)가 마련된다.And the optical communication line 3 is provided so that it can be transmitted from the main controller 1 to the cell controller 4 in synchronization with the voltage command value, the operation signal and the protection signal.

또한, 전원계통과 연결되는 입력부는 2차측이 확장 델타 결선방법의 여러 개의 탭을 갖는 변압기(6)로 전원선(5)으로 연결된다. 유도전동기를 제어하기 위해 3 상으로 마련되며, 한 상당 6개의 파워 셀(2)이 직렬 연결되어 있다.In addition, the input unit connected to the power supply system is connected to the power supply line 5 by a transformer 6 having a plurality of taps of the secondary side of the expansion delta connection method. Three phases are provided for controlling the induction motor, and one equivalent six power cells 2 are connected in series.

그리고 파워 셀(2)은 독립된 단상 인버터 구조로 각 상별로 각각 직렬 접속된다. 따라서 여러 개의 파워 셀(2)을 직렬로 연결함으로써 저 전압 파워 셀(2), 즉 저 전압 전력용 반도체를 사용하여 고 전압을 얻을 수 있다. 또한, 파워 셀(2)의 수에 따라 출력되는 전압레벨 수가 증가하여 정현파에 가까운 전압 파형을 얻을 수 있다.The power cells 2 are connected in series for each phase in an independent single phase inverter structure. Therefore, by connecting several power cells 2 in series, a high voltage can be obtained using the low voltage power cells 2, that is, a low voltage power semiconductor. In addition, the number of voltage levels output according to the number of power cells 2 increases to obtain a voltage waveform close to the sine wave.

여기서 각각의 파워 셀(2)은 각 상별(A, B, C)로 레이어가 설정되며, 제1레이어는 파워 셀(2) A1, B1, C1이고, 제2레이어는 파워 셀(2) A2, B2, C2이다. 그리고 제3레이어는 파워 셀(2) A3, B3, C3이고, 제4레이어는 파워 셀(2) A4, B4, C4이며, 제5레이어는 파워 셀(2) A5, B5, C5이다. 또한, 제6레이어는 파워 셀(2) A6, B6, C6이다. 여기서 레이어의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다.Here, each of the power cells 2 is layered for each phase A, B, and C. The first layer is the power cells 2 A1, B1, C1, and the second layer is the power cells 2 A2. , B2 and C2. The third layer is power cells 2 A3, B3 and C3, the fourth layer is power cells 2 A4, B4 and C4, and the fifth layer is power cells 2 A5, B5 and C5. Further, the sixth layer is the power cells 2 A6, B6, and C6. Here, the number of layers may be changed as necessary.

보조스위치(10)는 도 4에 도시한 바와 같이 파워 셀(2)의 출력 측에 설치되며, 파워 셀(2)의 출력을 바이패스 시킨다. 즉 파워 셀(2)의 손상이 발생되면, 파손된 파워 셀(2)을 시스템에서 제거하여 인버터 시스템이 연속운전 될 수 있도록 한다. 여기서 파손된 파워 셀(2)이 해당하는 레이어를 모두 바이패스 시킴으로서 전동기를 연속운전 시킬 수 있게 된다.The auxiliary switch 10 is installed on the output side of the power cell 2 as shown in FIG. 4, and bypasses the output of the power cell 2. That is, when the damage of the power cell 2 occurs, the damaged power cell 2 is removed from the system so that the inverter system can be continuously operated. In this case, the damaged power cell 2 bypasses all of the corresponding layers, so that the motor can be continuously operated.

이때 파손된 파워 셀(2)에 해당하는 레이어 모두 바이패스 시킴으로서 출력되는 전압은 떨어지나 연속운전은 가능한 상태가 된다. At this time, by bypassing all layers corresponding to the damaged power cell 2, the output voltage drops, but continuous operation is possible.

따라서 보조스위치(10)는 보조스위치(10)의 전류가 단상 교류이므로 도 5a 와 도 5b에 도시한 바와 같이 전동기 부하의 양방향 전류의 흐름이 가능한 마그네 틱 컨텍터인 것이 바람직하나, 여기에 한정하지 않고, 도 5c 와 도 5d에 도시한 바와 같이 단방향인 전력용 반도체 스위치인 사이리스트 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)를 역 병렬 구성할 수 있다. Therefore, since the current of the auxiliary switch 10 is a single-phase alternating current, the auxiliary switch 10 is preferably a magnetic contactor capable of flowing the bidirectional current of the motor load as shown in FIGS. 5A and 5B, but is not limited thereto. Instead, as illustrated in FIGS. 5C and 5D, a silist or an insulated gate bipolar transistor (IGBT), which is a unidirectional power semiconductor switch, may be inversely configured.

이때 보조스위치(10)는 파워 셀(2)의 전력용 반도체 스위칭 소자가 동작을 정지한 상태에서 동작한다. At this time, the auxiliary switch 10 operates while the power semiconductor switching element of the power cell 2 is stopped.

따라서 보조스위치(10)의 바이패스 동작이 되면, 에이치-브릿지 멀티레벨 인버터는 도 6a 내지 도 6f에 도시한 바와 같은 제어 흐름을 보일 수 있다. Therefore, when the bypass switch 10 is bypassed, the H-bridge multilevel inverter may exhibit a control flow as shown in FIGS. 6A to 6F.

즉, 도 6a는 파워 셀(2)의 손상이 없는 경우를 도시한 것이고, 도 6b는 한 개의 레이어에 해당하는 적어도 하나 이상의 파워 셀(2)이 손상되어 여섯 개의 레이어 중 임의의 한 개의 레이어를 모두 바이패스 시킨 경우를 도시한 것이며, 도 6c는 두 개의 레이어에 해당하는 적어도 둘 이상의 파워 셀(2)이 손상되어 여섯 개의 레이어 중 임의의 두 개의 레이어를 모두 바이패스 시킨 경우를 도시한 것이다. That is, FIG. 6A illustrates a case in which the power cell 2 is not damaged, and FIG. 6B illustrates that at least one power cell 2 corresponding to one layer is damaged and thus any one of six layers may be damaged. FIG. 6C illustrates a case in which at least two power cells 2 corresponding to two layers are damaged so that any two layers of the six layers are bypassed.

그리고 도 6d는 세 개의 레이어에 해당하는 적어도 셋 이상의 파워 셀(2)이 손상되어 여섯 개의 레이어 중 임의의 세 개의 레이어를 모두 바이패스 시킨 경우를 도시한 것이고, 도 6e는 네 개의 레이어에 해당하는 적어도 넷 이상의 파워 셀(2)이 손상되어 여섯 개의 레이어 중 임의의 네 개의 레이어를 모두 바이패스 시킨 경우를 도시한 것이며, 도 6f는 다섯 개의 레이어에 해당하는 적어도 다섯 이상의 파워 셀(2)이 손상되어 여섯 개의 레이어 중 임의의 다섯 개의 레이어를 모두 바이패스 시킨 경우를 도시한 것이다. 6D illustrates a case in which at least three or more power cells 2 corresponding to three layers are damaged to bypass any three layers among the six layers, and FIG. 6E corresponds to four layers. At least four power cells 2 are damaged to bypass any four of the six layers. FIG. 6F shows that at least five or more power cells 2 corresponding to five layers are damaged. In this case, all five layers of the six layers are bypassed.

이하 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정 격감소 연속운전 방법을 도 7 내지 도 8을 참고하여 설명한다. Hereinafter, the method of continuously decreasing the rating on a layer basis in case of failure of the H-bridge multilevel inverter power cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 8.

도 7은 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 방법을 보인 순서도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 레이어 단위 운전을 위한 주 제어기의 제어블록도이다. FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of continuously decreasing a rating in units of layers when a H-bridge multilevel inverter power cell fails in the present invention. 8 is a control block diagram of a main controller for layer-by-layer operation of the present invention.

H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 방법은 먼저 파워 셀(2)의 손상을 감지한다. 여기서 파워 셀(2)의 손상은 파워 셀(2)의 전력용 반도체 스위칭 소자가 멈춘 상태 또는 파워 셀(2)이 작동하지 않는 경우를 감지한다.(S10) H-bridge multi-level inverter In case of power cell failure, the derating continuous operation method in units of layers first detects damage of the power cell 2. In this case, the damage of the power cell 2 detects a state in which the power semiconductor switching element of the power cell 2 is stopped or the power cell 2 does not operate.

이후 셀 제어기(4)는 파손된 파워 셀(2)의 스위칭 작동을 정지하여 출력전압을 차단하고, 주 제어기(1)로 파워 셀(2)의 손상정보를 전송한다. The cell controller 4 then stops the switching operation of the damaged power cell 2 to cut off the output voltage and transmits damage information of the power cell 2 to the main controller 1.

이후 주 제어기(1)로 손상정보가 입력되면, 주 제어기(1)는 모든 파워 셀(2)의 스위칭 동작을 멈춘 후 바이패스 되어야 할 레이어를 결정한다. 여기서 바이패스 될 레이어는 손상정보가 입력된 파워 셀(2)이 해당하는 레이어인 것이 바람직하다. Then, when the damage information is input to the main controller 1, the main controller 1 determines the layer to be bypassed after stopping the switching operation of all the power cells (2). In this case, the layer to be bypassed is preferably a layer corresponding to the power cell 2 to which the damage information is input.

이후, 손상된 상태에서 출력전압의 상한 값을 계산하여 출력전압에 맞는 V/F(Voltage/Frequency)값에 의해 출력 주파수의 상한 값을 계산한다. 그리고 각각의 개별 셀 제어기(4)는 새로운 반송파의 위상전이값을 계산한다. Thereafter, the upper limit of the output voltage is calculated in the damaged state, and the upper limit of the output frequency is calculated by V / F (Voltage / Frequency) value corresponding to the output voltage. Each individual cell controller 4 then calculates the phase shift value of the new carrier.

즉, 도 8에 도시한 바와 같이 A상, B상, C상의 정삭적인 파워 셀(2) 개수를 주 제어기(1)에서 실시간으로 파악한 후, 역수를 취한 다음 최소값과, 파워 셀(2) 의 DC Link 전압, 그리고 3상 인버터의 전압 이용률인

Figure 112006097735540-PAT00001
을 이용하면, 파워 셀(2)의 시스템이 연속운전에 필요한 최대전압을 계산할 수 있다. That is, as shown in FIG. 8, the master controller 1 grasps the number of finished power cells 2 in phases A, B, and C in real time, takes the inverse, and then determines the minimum value of the power cells 2. DC link voltage and the voltage utilization of the three-phase inverter
Figure 112006097735540-PAT00001
By using this, the system of the power cell 2 can calculate the maximum voltage required for continuous operation.

KA = 정상상태에서의 각 상당 파워 셀(2) 개수/ A상의 정상적인 파워 셀(2) 개수.KA = the number of each equivalent power cell (2) in steady state / the normal number of power cells (2) in A.

KB = 정상상태에서의 각 상당 파워 셀(2) 개수/ B상의 정상적인 파워 셀(2) 개수.KB = number of equivalent power cells (2) in normal state / normal power cells (2) in phase B.

KC = 정상상태에서의 각 상당 파워 셀(2) 개수/ B상의 정상적인 파워 셀(2) 개수.KC = the number of equivalent power cells (2) in normal state / normal power cells (2) in B phase.

Figure 112006097735540-PAT00002
----- 수학식 (1)
Figure 112006097735540-PAT00002
----- Equation (1)

그리고 반송위상 전이 값은,And the carrier phase transition value is

반송파의 위상전이값 =

Figure 112006097735540-PAT00003
----- 수학식 (2)Carrier phase shift =
Figure 112006097735540-PAT00003
----- Equation (2)

로 산출 될 수 있다.Can be calculated as

여기서 K는 고장이 발생한 레이어를 제외하고, 새롭게 부여된 레이어번호이고, N은 고장이 발생한 각 상의 레이어를 제외한 총 레이어 개수 중 최소값이며, Ts는 파워 셀(2)의 스위칭 샘플링 시간을 나타낸다.Here, K is a newly assigned layer number excluding a layer in which a failure occurs, N is a minimum value of the total number of layers excluding layers in each phase in which a failure occurs, and Ts represents a switching sampling time of the power cell 2.

이후, 바이패스할 레이어를 제외하고 정상적인 파워 셀(2)의 스위칭을 동작시킨다. 따라서 손상이 발생된 파워 셀(2)이 포함된 레이어에 포함된 파워 셀(2)을 보조스위치(10)에서 바이패스 시킴으로서 전기적으로 시스템에서 제거되고, 시스템 의 연속운전이 가능하게 된다. Thereafter, normal switching of the power cells 2 is operated except for the layer to be bypassed. Therefore, by bypassing the power cell 2 included in the layer containing the damaged power cell 2 in the auxiliary switch 10, it is electrically removed from the system, and the continuous operation of the system is possible.

이상에서 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치 및 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. In the above description, the technical concept of the apparatus and method for continuously decreasing the rating in units of layers in case of failure of an H-bridge multilevel inverter power cell of the present invention has been described with the accompanying drawings. It does not limit the invention.

따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이다.Therefore, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations such as dimensions, shapes, structures, etc. without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같이 손상된 파워 셀을 바이패스 시키는 보조스위치를 포함하여 구성된 본 발명의 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치 및 방법은 부분적인 파워 셀의 손상이 발생하더라도 해당 파워 셀을 전기적으로 바이패스 시켜 인버터의 과도시간을 최소화로 전동기를 연속 운전할 수 있도록 하여 연속운전에 따른 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.As described above, the H-bridge multilevel inverter of the present invention, which includes an auxiliary switch for bypassing a damaged power cell, may be subjected to a layer-derating continuous operation apparatus and method in case of power cell failure, even if partial power cell damage occurs. By electrically bypassing the corresponding power cell, it is possible to continuously operate the motor by minimizing the transient time of the inverter, thereby improving the reliability of the continuous operation.

Claims (7)

전동기의 속도 및 전류를 제어하는 주 제어기(Master Controller); A master controller controlling the speed and current of the motor; 고 전압을 얻을 수 있도록 직렬 연결된 단상 인버터 구조의 적어도 하나의 파워 셀(Power Cell);At least one power cell of a single-phase inverter structure connected in series to obtain a high voltage; 상기 파워 셀을 상기 주 제어기에서 수신된 전압지령 값, 운전신호 및 보호신호에 동기 하여 상기 파워 셀을 동작시키고, 정지시키는 셀 제어기(Cell Controller); 및A cell controller configured to operate and stop the power cell in synchronization with the voltage command value received from the main controller, a driving signal, and a protection signal; And 상기 파워 셀에 설치되며, 적어도 하나의 파워 셀이 손상된 경우에도 연속운전 될 수 있도록 상기 손상된 파워 셀을 바이패스(bypass)시키는 보조스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치.H-bridge multi-level inverter power cell failure, characterized in that it is installed in the power cell and includes an auxiliary switch for bypassing the damaged power cell so that it can be continuously operated even if at least one power cell is damaged. Derating continuous operation device per city layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 보조스위치는 상기 파워 셀의 출력측에 설치되며, 양방향 전류의 흐름이 가능한 마그네틱 컨텍터인 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치.The auxiliary switch is installed on the output side of the power cell, characterized in that the magnetic contactor capable of the flow of bi-directional current H-bridge multi-level inverter continuous reduction device in units of layer in case of power cell failure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보조스위치는 상기 파워 셀의 출력측에 설치되며, 단방향의 전류의 흐 름이 가능한 사이리스트 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치.The auxiliary switch is installed at the output side of the power cell, and is one selected from among a silist or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) capable of unidirectional current flow. In case of inverter power cell failure, it is a continuous operation device to reduce the rating in units of layers. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보조스위치는 상기 파워 셀이 손상되어 동작이 정지될 경우에 상기 주 제어기에 의해 상기 파워 셀을 바이패스 구동하는 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치.The auxiliary switch bypasses the power cell by the main controller when the power cell is damaged and the operation is stopped. Device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주 제어기는 손상된 상기 파워 셀이 속하는 상에서 정상 스위칭 되는 파워 셀과 다른 상에서 정상 스위칭 되는 파워 셀이 동일하도록 다른 상의 보조스위치를 구동하여 파워 셀을 바이패스 시키는 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치.The main controller bypasses the power cells by driving an auxiliary switch of another phase such that the power cells normally switched to the phase to which the damaged power cell belongs and the power cells normally switched to the other phase are the same. Derating continuous operation device in units of layer in case of power cell failure. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 주 제어기는 상기 손상된 파워 셀에 해당하는 레이어의 다른 상의 파워 셀들을 바이패스 할 수 있게 보조스위치를 구동하는 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 장치.The main controller drives the auxiliary switch to bypass the H-bridge multi-level inverter power cell failure, characterized in that for driving the secondary switch to bypass the power cells of the other layer of the layer corresponding to the damaged power cell. . 파워 셀의 손상을 감지하는 단계;Detecting damage to the power cell; 상기 파워 셀의 손상이 감지될 경우 모든 파워 셀의 스위칭을 정지시키는 단계;Stopping switching of all power cells when damage to the power cells is detected; 상기 바이패스 할 레이어를 결정하는 단계;Determining a layer to bypass; 출력전압과, 주파수의 상한값을 산출하는 단계;Calculating an upper limit of an output voltage and a frequency; 반송파의 위상전이값을 산출하는 단계; 및Calculating a phase shift value of the carrier; And 바이패스된 파워 셀을 제외한 파워 셀의 스위칭을 동작시키는 파워 셀 스위칭 동작단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 H-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의 정격감소 연속운전 방법.And a power cell switching operation step of operating a switching of the power cells excluding the bypassed power cells.
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