[논문]에스컬레이터용 전력변환장치 효율 개선에 관한 연구

조수억

doi:10.6113/tkpe.2016.21.6.525

[국내논문] 에스컬레이터용 전력변환장치 효율 개선에 관한 연구
A Study on Efficiency Improvement of Power Conversion System for Escalator 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.21 no.6, 2016년, pp.525 - 529

조수억 (Dept. of Electrical Eng., Seoil University)

Abstract ▼ AI-Helper

In the case of a motor system that converts electrical energy into mechanical energy, the region of the motor and that of the generator coexists. In the case of an escalator, the ascending escalator is operated by the motor, whereas the descending escalator is operated by the generator according to the load. To evaluate the proposed method, this study reduces the power of the ascending escalator up to approximately 35% by sharing the regeneration power of the descending escalator. The loss of transfer power nearly exists in the case of the proposed method. Furthermore, the lifetime of the DC link condenser can be extended because it is connected in parallel, thus leading to a twofold increase in capacity.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

신재생에너지는 재생의 의미도 닮고 있다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 상승 운전 중인 에스컬레이터는 전동기로 동작하고, 하강 운전 중인 에스컬레이터의 경우는 승차인원에 따라 발전기로 동작된다. 하강운전중인 에스컬레이터의 회생전력을 상승 운전중인 에스컬레이터와 공유함으로써 에스컬레이터의 소비전력을 저감하여 에스컬레이터의 소비전력 최적화가 가능하다.
하강운전중인 에스컬레이터의 회생전력을 상승 운전중인 에스컬레이터와 공유함으로써 에스컬레이터의 소비전력을 저감하여 에스컬레이터의 소비전력 최적화가 가능하다. 이를 실험을 통하여 신뢰성 및 효과를 확인하였다.
에스컬레이터의 최대소비전력과 회생전력을 유도하기 위해서는 다음과 같은 과정을 거쳐야 한다. 에스컬레이터의 기계적 모델링을 통해 모터 용량, 탑승 인원 등을 계산하고, 에스컬레이터의 유도전동기의 수학적 모델링을 통해 모터용량 등을 구하여 서로 비교한 후, 기계적 모델링과 수학적 모델링을 이용하여, 상승 운전 에스컬레이터의 최대소비전력과 하강운전 에스컬레이터의 회생전력을 유도한다^[1][2]. 본 논문에서 제안하는 방식은 그림 1의 지하철 출입구의 에스컬레이터 시스템과 같이 상승 운전 중인 에스컬레이터 와 하강 운전 중인 에스컬레이터 시스템이 같이 있는 경우, 상승하는 에스컬레이터는 전동기로 동작하고, 하강 운전 중인 에스컬레이터의 경우 탑승 인원에 따라 발전기로 동작된다.
에스컬레이터의 기계적 모델링을 통해 모터 용량, 탑승 인원 등을 계산하고, 에스컬레이터의 유도전동기의 수학적 모델링을 통해 모터용량 등을 구하여 서로 비교한 후, 기계적 모델링과 수학적 모델링을 이용하여, 상승 운전 에스컬레이터의 최대소비전력과 하강운전 에스컬레이터의 회생전력을 유도한다^[1][2]. 본 논문에서 제안하는 방식은 그림 1의 지하철 출입구의 에스컬레이터 시스템과 같이 상승 운전 중인 에스컬레이터 와 하강 운전 중인 에스컬레이터 시스템이 같이 있는 경우, 상승하는 에스컬레이터는 전동기로 동작하고, 하강 운전 중인 에스컬레이터의 경우 탑승 인원에 따라 발전기로 동작된다. 이 회생전력을 공유함으로써 에스컬레이터의 소비전력을 저감한다^[3][6].
그림 3은 본 논문에서 제안하는 회생전력 링크 시스템의 구성도이다. 기존 에스컬레이터에서 상승운전 에스컬레이터와 하강운전 에스컬레이터 인버터의 DC 링크를 연결하였다. 구동원리는 하강운전 에스컬레이터에서 발생되는 회생전력을 DC 링크를 통해서 상승 운전 에스컬레이터로 전송한다.
제안하는 방법을 검증하기 위하여, 표 1의 에스컬레이터 제원 현장에서 실험을 수행하였다. 기존 시스템 및 제안하는 에스컬레이터 회생전력 링크 시스템을 적용한 후 실험을 하였다.
DC 링크를 연결 하기전과 연결 후를 비교하여, 상승 운전과 하강 운전의 전압과 전류를 측정하였다. 그림 5는 DC링크가 연결하기 전이며, 무 부하 구동을 하였을때, 전압과 전류를 측정한 파형이다.
상승운전시, 100[%] 부하에서 최대소비전력을 측정하였다. 표 3과같이 최대 소비 전력은 16.
52[kW]이다. 하강운전의 경우, 80[%], 100[%]에 대한 부하 실험을 시행하였고, 상승운전의 경우 0[%], 100[%]의 부하 실험을 시행하였다. 부하에 따른 회생전력 전송량의 전압과 전류를 측정하여 표 2에 나타내었다.

대상 데이터

제안하는 방법을 검증하기 위하여, 표 1의 에스컬레이터 제원 현장에서 실험을 수행하였다. 기존 시스템 및 제안하는 에스컬레이터 회생전력 링크 시스템을 적용한 후 실험을 하였다.
8) 과 비슷하다. 하강운전 부하에 따른 회생전력 전송 실험은 보이는 스텝의 수는 총 41개이며, 총 82명이 탔을 경우를 100[%]부하로 보고 측정하였다.

성능/효과

28 [A]이다. 이를 통해서 상승운전과 하강운전시의 인버터의 부하분배가 잘 이루어짐을 확인하였다. ch4는 ST선간 전압으로 373.
기존 에스컬레이터의 경우, 하강 운전용 에스컬레이터에서 발생되는 회생전력을 저항에서 소비한다. 하지만 제안하는 회생전력 링크 시스템의 경우, 하강운전 에스컬레이터의 인버터에서 발생되는 회생전력을 상승 운전 에스컬레이터로 전송 하여, 최대 약 33[%]의 소비 전력을 저감하였다. 실험을 통하여, 하강운전 에스컬레이터의 부하가 100%인 경우 회생전력은 5.
하지만 제안하는 회생전력 링크 시스템의 경우, 하강운전 에스컬레이터의 인버터에서 발생되는 회생전력을 상승 운전 에스컬레이터로 전송 하여, 최대 약 33[%]의 소비 전력을 저감하였다. 실험을 통하여, 하강운전 에스컬레이터의 부하가 100%인 경우 회생전력은 5.81[kW], 상승 운전시, 에스컬레이터의 최대소비전력은 16.7[kW]임을 확인 하였다. 제안하는 시스템의 신뢰성을 확보하기 위하여, DC 링크 시스템을 공유한 시스템과 기존의 시스템을 비교하여, 상승 및 하강운전시 인버터의 부하분배가 잘 이루어짐을 확인하였다.
7[kW]임을 확인 하였다. 제안하는 시스템의 신뢰성을 확보하기 위하여, DC 링크 시스템을 공유한 시스템과 기존의 시스템을 비교하여, 상승 및 하강운전시 인버터의 부하분배가 잘 이루어짐을 확인하였다. 또한, 제안하는 방식의 경우 링크 케이블에서 발생되는 전송 손실 외에 다른 손실이 없으므로, 손실은 1[%] 미만이다.

후속연구

기존의 상승 및 하강용 에스컬레이터 시스템을 제안하는 방법으로 연결할 경우, DC링크의 콘덴서를 병렬로 구성하기 때문에 용량 및 정격 Ripple 전류는 2배로 상승되어, 전해 콘덴서의 수명을 연장할 수 있다. 향후 제안하는 시스템의 신뢰성 향상을 위하여 DC 링크 전력 공유용 케이블이 길어지는 경우의 문제점 분석 및 대책에 대한 연구가 필요하다. 또한, DC 링크를 공유함으로써 발생되는 DC 링크 전압 방전 및 과전압 보호 대책에 대한 연구도 필요하다.
향후 제안하는 시스템의 신뢰성 향상을 위하여 DC 링크 전력 공유용 케이블이 길어지는 경우의 문제점 분석 및 대책에 대한 연구가 필요하다. 또한, DC 링크를 공유함으로써 발생되는 DC 링크 전압 방전 및 과전압 보호 대책에 대한 연구도 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	회생전력 링크 시스템에서 모니터링 시스템의 역할은?	그림3의 RLPU System은 에스컬레이터에 회생전력 링크 시스템을 적용하였을 경우, 하강운전 에스컬레이터에서 상승운전 에스컬레이터로 넘어가는 회생 에너지 및 전류를 검출하여, 에스컬레이터 시스템에 문제가 발생 되었을 때 문제 확인 및 시스템 정지를 위한 모니터링 장치이다. 모니터링 시스템은 DC 링크 전압과 전류를 검출하여 회생전력량, 회생전류, DC 링크전압을 실시간으로 모니터링하고, DC 링크 과전압 및 저전압과 회생전류의 과전류 시 보호동작을 수행하는 역할을 한다[2].
	회생전력 링크 시스템의 구동원리는?	기존 에스컬레이터에서 상승운전 에스컬레이터와 하강운전 에스컬레이터 인버터의 DC 링크를 연결하였다. 구동원리는 하강운전 에스컬레이터에서 발생되는 회생전력을 DC 링크를 통해서 상승 운전 에스컬레이터로 전송한다. 상승운전 정지 시에는 기존 에스컬레이터와 같이 회생저항을 통해 회생전력을 소비한다. 그러나 상승 운전과 하강 운전은 거의 동시에 구동하므로 회생저항에 소비될 확률은 거의 없다[3][6].
	에스컬레이터는 최대소비전력과 회생전력을 유도하기 위해 어떤 과정을 거치는가?	에스컬레이터의 최대소비전력과 회생전력을 유도하기 위해서는 다음과 같은 과정을 거쳐야 한다. 에스컬레이터의 기계적 모델링을 통해 모터 용량, 탑승 인원 등을 계산하고, 에스컬레이터의 유도전동기의 수학적 모델링을 통해 모터용량 등을 구하여 서로 비교한 후, 기계적 모델링과 수학적 모델링을 이용하여, 상승 운전 에스컬레이터의 최대소비전력과 하강운전 에스컬레이터의 회생전력을 유도한다[1][2]. 본 논문에서 제안하는 방식은 그림 1의 지하철 출입구의 에스컬레이터 시스템과 같이 상승 운전 중인 에스컬레이터 와 하강 운전 중인 에스컬레이터 시스템이 같이 있는 경우, 상승하는 에스컬레이터는 전동기로 동작하고, 하강 운전 중인 에스컬레이터의 경우 탑승 인원에 따라 발전기로 동작된다.

참고문헌 (6)

C. H. Jang, G. H. Lee, J. Y. Hur, D. W. Gang, G. M. Yoon, J. G. Shin, and J. P. Lee, "Inverter controller for escalator system," Power Electronics Annual Conference, pp. 291-294, July 1999.
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S. E. Cho, "Optimization of a escalator power conversion system with using photo voltaic," Proceedings of KIIEE Annual Conference, pp. 37-40, May 2011.
M. Y. H. Bangash and T. Bangash, "Lifts, elevators and moving walkways/travelators", Taylor&Francis, 2005.
S. Maniktala, "Switching power supply design & optimization," Mc Graw Hill, 2004.
S. E. Cho, Industry-Academic Cooperation of Seoil College, Samjung Elevator, "Escalator system and a power system interconnection linkage, which reduces power consumption by sharing DC links of a downstream escalator and an upturn escalator," Patent of Korea, Registration No. 1010704200000, Sep. 28 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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