KR100275803B1

KR100275803B1 - 주전력 변환장치

Info

Publication number: KR100275803B1
Application number: KR1019970082436A
Authority: KR
Inventors: 김진선; 이진국
Original assignee: 정훈보; 한국철도차량주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2000-12-15
Also published as: KR19990062128A

Abstract

본 발명은 전동차에 있어서 가선을 통해 공급된 전력을 집전하여 전동차를 견인하기 위해 전동기를 구동하는 일련의 과정에 사용되는 주전력 변환장치에 있어서, 인터록 스위치(18, 19)를 사용하고, 4개의 모터를 하나의 DC/AC변환부(10)로 제어함에 따른 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 4단자 스위치를 채용하면서, 4개의 모터에 대해 4개의 DC/AC변환부(10)를 설치하고, 역전류 방지용 다이오드(8)와, 회생전압을 제어하기 위한 스위칭부(16), 회생되는 에너지를 방출기 위한 에너지 방출저항(13), 회생 과전압을 방지하기 위한 과전압 보호용 스위치(15), 이 과전압 보호용 스위치(15)의 동작을 감시하기 위한 릴레이(14), 과전압 발생시 DC전원을 방출시키는 에너지 방출저항(13) 및, 필터캐패시터(9)에 남아있는 잔여전압을 방전시키기 위해 전류제한을 할 수 있는 방전저항(12)을 구비하여 구성함으로써, 검수자의 안전을 도모할 수 있고, 공전시에도 최소한의 필요한 구동토크 억제량으로 억제가 가능하여 차량에 무리를 주지 않고, 가속도 저하를 억제할 수 있기 때문에 승차감을 향상시키면서 평균가속도의 향상을 도모할 수 있다.

Description

주전력 변환장치

본 발명은 주전력 변환장치에 관한 것으로, 특히 DC전용 전동차에 있어서 가선을 통해 공급된 전력을 집전하여 전동차를 견인하기 위해 전동기를 구동하는 일련의 과정에 사용되는 주전력 변환장치에 관한 것이다.

다음, 도면을 참조해서 종래의 주전력 변환장치의 구조를 설명한다.

도 2는 종래의 전동차 DC전용 주전력 변환장치를 나타내는 회로도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 가선으로부터 집전기(1)를 통해 DC전원을 수전하고, 가선과의 회로분리를 위한 고속차단기(3)를 통해 수동으로 회로를 분리시키는 스위치(18)를 통해서 초기충전시에는 필터캐패시터(9)로의 돌입전류를 방지하기 위해 충전용 저항(5)과 고조파 전류 저감을 위한 필터리액터(9)를 통해서 안정된 DC전원이 충전된다. 이 필터캐패시터(9)의 DC전원은 모터(11)의 속도를 가감속 제어할 수 있는 DC/AC변환부(10)의 입력전원으로서 사용된다.

이와 같이 해서, 초기 충전이 완료되고 DC/AC변환부(10)가 동작하는 시점에 충전용 저항을 분리시키기 위한 콘택터(4)가 닫힘으로써 정상운전을 행하게 된다.

또한, 차량기지 등에서 전동차를 검수할 때에는 가선으로부터 안전을 도모하기 위해 회로분리 스위치(18)를 오픈하게 되는데, 이 경우 회로분리 스위치(18)와 인터록 되어 있는 스위치(19)가 닫히면서 폐회로가 되어 필터캐패시터(9)에 충전되어 있던 전압이 스위치(19)를 통해서 방전용 저항(20)에 인가되어 순간적으로 방전되기 때문에, 고전압에 의한 검수자의 안전을 확보할 수 있게 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 주전력 변환장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째로, 도면에 나타난 바와 같이 회로분리 스위치(18)와 스위치(19)가 서로 인터록 되어 있는 구조로 되어 있지만, 실제로 스위치(19)는 내부회로이기 때문에 검수자가 육안으로 개폐여부를 확인할 수 없다. 따라서, 인터록된 스위치가 고장 등의 원인으로 스위치(19)가 작동하지 않을 때에는 상당히 위험하다. 또한, 인터록된 시스템 자체가 복잡하기 때문에 제어시스템 자체의 축소가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

둘째로, 도면에 나타난 바와 같이 DC/AC변환부(10)에 전동차를 견인하기 위한 모터(11)가 병렬로 4개 설치된 구조로 되어 있기 때문에 하나의 DC/AC변환부(10)를 이용해서 4개의 모터(11)를 제어해야 하기 때문에, 경우에 따라 하나의 모터(11)가 공전하는 경우 그 공전하는 모터에 의해 여자된 전류가 나머지 3개의 모터의 입력전류에 영향을 주기 때문에, 제어자체가 매우 복잡하게 된다. 즉, 4개의 모터(11)가 재점착 제어가 되는 것으로, 공전축의 구동토크를 억제하면서 나머지 모터(11)의 구동토크까지 억제되어 버리기 때문에 재점착 제어시 토크변동이 크게 된다. 따라서, 공전시 가속도의 저하가 비교적 크게 되고, 구동토크의 변동이 크기 때문에 차량 자체에 무리가 가고, 그에 따라 차륜경 관리를 필요로 하며, 승차감이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 전동차를 차량기지 등에서 검수할 때에 가선과 회로를 안전하게 분리시키기 위한 인터록킹된 스위치부(18, 19)를 검수자가 쉽게 가시적으로 확인할 수 있도록 4단자 스위치를 설치하면서 1개의 DC/AC변환부에 1개의 모터를 연결함으로써 성능의 향상을 도모함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전동차 DC전용 주전력 변환장치를 나타내는 회로도,

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 - 집전기, 2- 4단자 스위치,

3 - 고속차단기, 4,6 - 콘택터,

5 - 충전용 저항, 7 - 필터리액터,

8 - 다이오드, 9 - 필터캐패시터,

10 - DC/AC변환부, 11 - 충전용모터,

12 - 방전저항, 13 - 에너지 방출저항,

14 - 릴레이, 15 - 과전압 보호용 스위치,

16 - 스위칭부, 17 - 구동부,

18 - 회로분리 스위치.

상기 과제를 해결하기 위해 본 고안은 다음과 같은 구성을 채용하고 있다.

가선으로부터 공급된 전원을 수전하는 집전기(1)와; 이 집전기에 접속되면서 회로를 분리하기 위해 4개의 접점(a,b,c,d)을 갖춘 4단자 스위치(2); 이 4단자 스위치의 접점(b)에 접속되면서 고속으로 회로를 차단하는 고속차단기(3); 이 고속차단기(3)에 접속되면서 커패시터에 초기 충전을 위한 충전용 저항(5); 이 충전용 저항(5)에 접속되면서 충전저항을 단락시키기 위한 콘택터(4); 개별적으로 DC/AC변환부를 분리시킬 수 있는 콘택터(6); 이 콘택터(6)에 접속된 전류 평활용 필터리액터(7); 모터(11)와, 모터의 구동을 위한 DC/AC변환부(10) 및 필터캐패시터(9)로 이루어지는 구동부(17); 이 구동부의 전단에 접속되면서 전류의 역류를 방지하는 다이오드(8); 상기 4단자 스위치의 접점(d)에 접속되면서 견인전동기 회생동작시에 회생전압이 일정전압 이상인 경우 DC전압을 제어하기 위해 온, 오프동작을 하는 스위칭부(16); 이 스위칭부(16)가 온인 경우 DC전압을 강하시키는 에너지 방출저항(13); 회생 과전압을 방지하기 위한 과전압 보호용 스위치(15); 이 과전압 보호용 스위치(15)의 동작을 감시하기 위한 릴레이(14); 상기 스위칭부(16)의 상단에 접속되면서 상기 과전압 보호용 스위치(15)가 도통되면서 DC전원을 방출시키는 에너지 방출저항(13) 및; 이 에너지 방출저항(13)과 상기 4단자 스위치(2)의 접점(d)간에 접속되면서 상기 4단자 스위치(2)의 접점(b), (c), (d)을 도통시킨 경우, 상기 필터캐패시터(9)에 남아있는 잔여전압을 방전시키기 위해 전류제한을 할 수 있는 방전저항(12)을 구비하여 구성된다.

또한, 상기 콘택터(6)와, 필터리액터(7) 및 구동부(17)는 상기 모터(11)의 개수와 동일한 개수로 구성된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예를 도 1을 이용해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전동차 DC전용 주전력 변환장치를 나타내는 회로도로서, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 병기하였다.

도 1에 나타난 바와 같이, DC전원은 가선으로부터 집전기(1)를 통해서 공급되고, 4단자 스위치(2)의 접점(a)과 접점(b)을 통해서 고장시 또는 보호동작시 고속으로 회로를 차단하는 고속차단기(3)를 거쳐 초기에 필터캐패시터(9)를 충전시키기 위해 충전용 저항(5)을 통해서 캐패시터(9)에 돌입전류를 방지하면서 충전용 콘택터(4)를 개방시킴으로써 캐패시터(9)의 파괴를 방지한다.

다시, 저항(5)을 통해 흐르는 전류는 각각의 DC/AC변환부(10)에 대한 전원의 분리를 위한 콘택터(6)를 통해서 흐르면서 전류평활을 위해 설치한 필터리액터(7)를 통해서 필터캐패시터를 충전시킨다. 여기에서 설치된 다이오드(8)는 전류의 역류를 방지하기 위한 것으로, DC/AC변환부(10)의 고장 등에 의해 DC/AC변환부를 분리하는 콘택터(6)를 개방하는 경우, 분리된 DC/AC변환부에 비정상적인 전원이 공급될 수 있기 때문에, 이러한 비정상적인 전원의 공급을 차단하는 역할을 하는 것이다.

여기서, 구동부(17; 도 1에 점선으로 나타낸 부분, 즉 모터(11)와, 모터의 구동을 위한 DC/AC변환부(10) 및 필터캐패시터(9))와, 역전류를 방지하는 다이오드(8), 필터리액터(7) 및 DC/AC변환부를 분리하는 콘택터(6)는 상기한 바와 같은 구조로서 모두 4개씩 설치되어 있다.

또한, 모터의 회생동작시에 회생전압이 일정전압 이상으로 된 경우, 즉 접점(b), (c), (d)을 도통한 상태에서 DC전압을 제어하기 위한 ON,OFF동작을 하는 회생전압 제어 스위칭부(16)를 도 2에 나타난 바와 같이 설치했다. 따라서, 회생전압 제어 스위칭부(16)가 온으로 된 경우, 에너지 방출저항(13)을 통해서 DC전압을 강하시킨다.

그리고, 회생 과전압이 발생하는 경우에는 과전압 보호용 스위치(15)가 온으로 동작하게 된다. 이 때, DC전원은 에너지 방출저항(13)을 통해서 방전되게 된다. 여기서, 과전압 보호용 스위치(15)가 동작하는 경우에는 반드시 고속차단기(3)가 분리되어 있어야 하며, 과전압 보호용 스위치(15)의 정상적인 동작을 감시하기 위해 릴레이(14)를 설치하였다.

따라서, 차량기지 등에서 검수자 또는 그와 관계된 사람이 차량을 점검할 때에는 4단자 스위치(2)를 도면에 나타난 바와 같이 아랫방향으로 전환(접점(b), (c), (d)가 도통된 상태)시키게 되는데, 이 때 캐패시터에 남아있던 잔여전압은 방전저항(12)을 통해서 순간적으로 방전되게 된다.

한편, 본원 특허청구범위의 각 구성요건에 병기한 도면의 참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시된 실시예에 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.

상기한 바와 같이, 본원 발명은 4단자 스위치(2)를 사용함으로써 종래의 기술인 인터록 스위치(18, 19)를 사용한 시스템에 비해 시스템의 축소를 가능하게 한다. 또한, 스위치부가 모두 노출되어 있어 스위치의 온, 오프여부를 확인할 수 있기 때문에 검수자의 안전을 도모할 수 있다.

또한, 1개의 모터에 하나의 DC/AC변환부를 사용하기 때문에 1개의 모터의 공전에 대해 공전하고 있는 전동기만 재점착 시키는 제어가 가능하기 때문에 공전시에도 최소한의 필요한 구동토크 억제량으로 억제가 가능하여 차량에 무리를 주지 않고, 가속도 저하를 억제할 수 있기 때문에 승차감을 향상시키면서 평균가속도의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

DC/AC변환부(10)로 모터를 제어하기 위한 주전력 변환장치에 있어서,

가선으로부터 공급된 전원을 수전하는 집전기(1)와;

이 집전기에 접속되면서 회로를 분리하기 위해 4개의 접점(a,b,c,d)을 갖춘 4단자 스위치(2);

이 4단자 스위치의 접점(b)에 접속되면서 고속으로 회로를 차단하는 고속차단기(3);

이 고속차단기(3)에 접속되면서 커패시터에 초기 충전을 위한 충전용 저항(5);

이 충전용 저항(5)에 접속되면서 충전저항을 단락시키기 위한 콘택터(4);

개별적으로 DC/AC변환부를 분리시킬 수 있는 콘택터(6);

이 콘택터(6)에 접속된 전류 평활용 필터리액터(7);

모터(11)와, 모터의 구동을 위한 DC/AC변환부(10) 및 필터캐패시터(9)로 이루어지는 구동부(17);

이 구동부의 전단에 접속되면서 전류의 역류를 방지하는 다이오드(8);

상기 4단자 스위치의 접점(d)에 접속되면서 견인전동기 회생동작시에 회생전압이 일정전압 이상인 경우 DC전압을 제어하기 위해 온, 오프동작을 하는 스위칭부(16);

이 스위칭부(16)가 온인 경우 DC전압을 강하시키는 에너지 방출저항(13);

회생 과전압을 방지하기 위한 과전압 보호용 스위치(15);

이 과전압 보호용 스위치(15)의 동작을 감시하기 위한 릴레이(14);

상기 스위칭부(16)의 상단에 접속되면서 상기 과전압 보호용 스위치(15)가 도통되면서 DC전원을 방출시키는 에너지 방출저항(13) 및;

이 에너지 방출저항(13)과 상기 4단자 스위치(2)의 접점(d)간에 접속되면서 상기 4단자 스위치(2)의 접점(b), (c), (d)을 도통시킨 경우, 상기 필터캐패시터(9)에 남아있는 잔여전압을 방전시키기 위해 전류제한을 할 수 있는 방전저항(12)을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 주전력 변환장치.
제1항에 있어서, 상기 콘택터(6)와, 필터리액터(7) 및 구동부(17)는 상기 모터(11)의 개수와 동일한 개수로 구성된 것을 특징으로 하는 주전력 변환장치.