KR100343194B1 - 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 관한 것으로, 전동 차량을 추진 운행시키거나 또는 전기적으로 제동시키는 견인 전동기와, 상기 견인 전동기에 구동전원을 인가하거나 또는 견인 전동기로부터 회생되는 회생전원을 충전하는 주전력 변환기와, 상기 견인 전동기 및 주전력 변환기로부터 발생되는 고열을 냉각시키는 냉각 팬이 포함 구비된 전동 차량에 있어서, 상기 주전력 변환기의 직류 링크단과 연결되어 직류전원을 공급받아 소망하는 직류전압으로 변환하는 직류/직류 컨버터; 및 상기 직류/직류 컨버터에 의해 변환된 직류전압을, 상기 냉각 팬을 구동시키기 위한 구동전원으로 변환하여 인가하는 인버터를 포함하여 구성되는 것으로, 전철 또는 고속전철과 같은 전동 차량에 구비된 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위한 냉각전원이, 주전력 변환기의 DC 링크 단으로부터 직접 공급되도록 하여, 상기 견인 전동기로부터 회생되는 에너지에 의해 지속적이고 안정된 냉각전원이 공급될 수 있도록 함으로써, 외부 공급전력이 차단되는 경우에도, 냉각 팬을 지속적으로 구동 회전시킬 수 있게 되어, 주전력 변환기와 견인 전동기가 고열 상승되는 것을 방지시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.
Description
본 발명은, 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전철 또는 고속전철과 같은 전동 차량에 구비된 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위한 냉각전원이, 외부 공급전력 차단시에도 지속적으로 안정되게 공급될 수 있도록 하는 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 관한 것이다.
우선, 도 1은 일반적인 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 대한 구성을 도시한 것으로, 전철 또는 고속전철과 같은 전동 차량에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 주변압기(10), 주전력 변환기(20) 및 견인 전동기(30), 그리고 상기 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위한 복수의 냉각 팬(51,52) 및 냉각전원 공급장치(40)가 포함 구비된다.
상기 주변압기(10)는, 전동 차량의 외부 상측에 설치된 판토그라프 (Pantograph)(미도시) 즉, 변전소로부터 제공되는 공급전력을 전동 차량에 인가하기 위하여, 철로 상부에 배설된 가선과 접촉되는 판토그라프와 그 1 차측이 연결되는 한편, 상기 주변압기의 2 차측은, 주권선과 보조권선으로 구분되어, 주전력 변환기(20)와 냉각전원 공급장치(40)에 각각 연결된다.
이에 따라, 상기 주전력 변환기(20)에서는, 상기 주변압기(10)의 2 차측 주권선을 통해 공급된 전원을 직류전원으로 변환한 후, 상기 견인 전동기(30)에 인가함으로써, 상기 견인 전동기(30)의 회전 구동에 따라, 전동 차량이 추진 운행되도록 하는 한편, 상기 냉각전원 공급장치(40)에서는, 상기 주변압기(10)의 2 차측 보조권선을 통해 공급된 전원을, AC/DC 컨버터(41)와 PWM 인버터를 이용하여 소정의 직류전압으로 변환한 후, 상기 냉각 팬(51,52)에 각각 인가함으로써, 상기 냉각 팬의 회전 구동에 따라, 상기 주전력 변환기(20) 및 견인 전동기(30)로부터 발생되는 고열을 냉각시킬 수 있게 되어, 상기 주전력 변환기와 견인 전동기가 고열 상승되는 것을 사전에 방지시키게 된다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 일반적인 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치는, 주변압기(10)의 2 차측 보조권선을 통해 공급되는 보조전원을 냉각전원으로 사용하기 때문에, 상기 보조전원이 차단되거나, 또는 소정 전압이하가 되는 경우에는, 상기 냉각 팬을 회전 구동시킬 수 없게 되는 데, 예를 들어, 전동 차량이 현재 공급전력이 제공되지 않는 사(死)구간을 통과하고 있거나, 또는 공급전력을 전동차량에 인가하기 위해 철로 상부에 배설된 가선과의 접촉이 이탈된 경우, 상기 주변압기(10)의 2 차측 보조권선을 통해 공급되던 보조전원이 차단되므로, 상기 냉각 팬(51,52)을 구동 회전시킬 수 없게 되어, 주전력 변환기(20) 및 견인 전동기(30)가 고열 상승하게 되는 문제점이 있으며, 더욱이 전동 차량 제동시, 상기 주전력 변환기 및 견인 전동기의 고열 상승으로 인해, 전기적 제동동작 없이 기계적 제동동작만으로 전동 차량을 제동시켜야 하므로, 그 제동거리가 크게 늘어나게 되어, 정상적인 안전운행이 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 전철 또는 고속전철과 같은 전동 차량에 구비된 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위한 냉각전원이, 주전력 변환기의 DC 링크 단으로부터 직접 공급되도록 하여, 외부 공급전원 차단시에도, 상기 견인 전동기로부터 회생되는 에너지에 의해 지속적이고 안정된 냉각전원이 공급될 수 있도록 하는 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치를 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.
도 1은 일반적인 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 대한 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 대한 구성을 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,100 : 주변압기 20,200 : 주전력 변환기
30,300 : 견인 전동기 40,400 : 냉각전원 공급장치
41,401 : AC/DC 컨버터 42,402 : PWM 인버터
51,52,501,502 : 냉각 팬 401 : DC/DC 컨버터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치는, 전동 차량을 추진 운행시키거나 또는 전기적으로 제동시키는 견인 전동기와, 상기 견인 전동기에 구동전원을 인가하거나 또는 견인 전동기로부터 회생되는 회생전원을 충전하는 주전력 변환기와, 상기 견인 전동기 및 주전력 변환기로부터 발생되는 고열을 냉각시키는 냉각 팬이 포함 구비된 전동 차량에 있어서, 상기 주전력 변환기의 직류 링크단과 연결되어 직류전원을 공급받아 소망하는 직류전압으로 변환하는 직류/직류 컨버터; 및 상기 직류/직류 컨버터에 의해 변환된 직류전압을, 상기 냉각 팬을 구동시키기 위한 구동전원으로 변환하여 인가하는 인버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2는 본 발명에 따른 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치에 대한 구성을 도시한 것으로, 본 발명에 따른 전철 또는 고속전철과 같은 전동 차량에는, 주변압기(100), 주전력 변환기(200) 및 견인 전동기(300), 그리고 상기 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위한 복수의 냉각 팬(501,502) 및 냉각전원 공급장치(400)가 포함 구비되며, 상기 주변압기(100)는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 변전소로부터 제공되는 공급전력을 전동 차량에 인가하기 위하여, 철로 상부에 배설된 가선과 접촉되는 판토그라프와 그 1 차측이 연결되는 한편, 상기 주변압기의 2 차측은, 별도의 보조권선없이 주권선을 통해 주전력 변환기(200)와 연결된다.
이에 따라, 상기 주전력 변환기(200)에서는, 상기 주변압기(100)의 2 차측 주권선을 통해 공급되는 전원을 직류전원으로 변환한 후, 상기 견인 전동기(300)에 인가함으로써, 상기 견인 전동기(300)의 회전 구동에 따라, 전동 차량이 추진 운행되도록 한다.
한편, 상기 냉각전원 공급장치(400)는, 상기 주전력 변환기(200)의 DC 링크 단과 직접 연결되는 DC/DC 컨버터(401)와 PWM 인버터(402)를 포함하여 구성되는 데, 상기 DC/DC 컨버터(401)에서는, 상기 주전력 변환기(200)의 DC 링크 단으로부터 직접 공급되는 직류전원을 소정의 직류전원으로 변환하게 되고, 상기 PWM 인버터(402)에서는, 상기 DC/DC 컨버터(401)에 의해 변환된 직류전원을 펄스폭 변조하여 냉각 팬(501,502)을 구동시키기 위한 구동전원으로 변환한 후, 상기 냉각 팬(501,502)으로 각각 인가함으로써, 상기 냉각 팬의 회전 구동에 따라, 상기 주전력 변환기(200) 및 견인 전동기(300)로부터 발생되는 고열을 냉각시킬 수 있게 되어, 상기 주전력 변환기와 견인 전동기가 고열 상승되는 것을 사전에 방지시키게 된다.
이후, 상기 견인 전동기(300)가 고속으로 회전 구동됨에 따라, 발전기로 동작되어 회생전원이 발생하게 되는 데, 상기 회생전원은 주전력 변환기(200) 내부에 구비된 충전용 커패시터(C)에 충전되며, 이때 상기 주변압기(100)의 2 차측 주권선에는, 상기 회생전원이 인가되므로, 상기 주변압기(100)에는, 더 이상 외부 공급전력이 인가되지 않게 된다.
한편, 전동 차량이 현재 공급전력이 제공되지 않는 사(死)구간을 통과하고 있거나, 또는 공급전력을 전동차량에 인가하기 위해 철로 상부에 배설된 가선과의 접촉이 이탈되는 경우, 충전 커패시터(C)와 병렬 접속된 전력소모 저항(R)의 일측단자에 구비된 전원 스위치(S)가 자동으로 온(On)됨에 따라, 상기 충전 커패시터(C)에 충전되는 회생전원이, 상기 전력소모 저항(R)에 의해 열 소모됨과 동시에, 그 일부가 주전력 변환기(200)의 DC 링크 단을 통해 냉각전원 공급장치(400)로 인가되므로, 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위해 설치된 각각의 냉각 팬(501,502)을 지속적으로 회전 구동시킬 수 있게 된다.
따라서, 외부 공급전력이 차단되는 경우에도, 냉각 팬을 지속적으로 구동 회전시킬 수 있게 되어, 상기 주전력 변환기와 견인 전동기가 고열 상승되는 것을 방지시킬 수 있게 되며, 더욱이 전동 차량 제동시, 견인 전동기를 이용한 전기적 제동동작과, 기계적 제동동작을 동시에 수행시킬 수 있게 되어, 전동 차량의 제동거리를 단축시킬 수 있게 된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치는, 전철 또는 고속전철과 같은 전동 차량에 구비된 주전력 변환기 및 견인 전동기를 냉각시키기 위한 냉각전원이, 주전력 변환기의 DC 링크 단으로부터 직접 공급되도록 하여, 상기 견인 전동기로부터 회생되는 에너지에 의해 지속적이고 안정된 냉각전원이 공급될 수 있도록 함으로써, 외부 공급전력이 차단되는 경우에도, 냉각 팬을 지속적으로 구동 회전시킬 수 있게 되어, 주전력 변환기와 견인 전동기가 고열 상승되는 것을 방지시킬 수 있게 되며, 더욱이 전동 차량 제동시, 견인 전동기를 이용한 전기적 제동동작과, 기계적 제동동작을 동시에 수행시킬 수 있게 되어, 전동 차량의 제동거리를 크게 단축시킬 수 있게 되므로, 안전운행이 이루어지게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (2)
- 전동 차량을 추진 운행시키거나 또는 전기적으로 제동시키는 견인 전동기와, 상기 견인 전동기에 구동전원을 인가하거나 또는 견인 전동기로부터 회생되는 회생전원을 충전하는 주전력 변환기와, 상기 견인 전동기 및 주전력 변환기로부터 발생되는 고열을 냉각시키는 냉각 팬이 포함 구비된 전동 차량에 있어서,상기 주전력 변환기의 직류 링크단과 연결되어 직류전원을 공급받아 소망하는 직류전압으로 변환하는 직류/직류 컨버터; 및상기 직류/직류 컨버터에 의해 변환된 직류전압을, 상기 냉각 팬을 구동시키기 위한 구동전원으로 변환하여 인가하는 인버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 직류/직류 컨버터에는, 상기 전동 차량에 외부 공급전력이 차단되는 경우, 상기 주전력 변환기에 충전된 회생전원이, 상기 직류 링크단을 통해 인가되는 것을 특징으로 하는 전동 차량에서의 냉각전원 공급장치.
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