KR100344056B1 - Two-Stage Mechanical-Thyristor Switch - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직류 대전류 차단 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 기계적 스위치와 사이리스터 스위치를 이용하여 수명 및 동작 특성을 개선하도록 된 직류 대전류 차단장치에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current large current interruption device, and more particularly, to a direct current high current interruption device to improve the life and operating characteristics by using a mechanical switch and a thyristor switch.
이를 위하여 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치에서는 통전모드에서 동작되어 부하에 구동 전원을 인가하는 기계 스위치와, 상기 기계 스위치에 병렬 접속되며 상기 기계 스위치에 인가되는 직류 대전류를 차단시키는 스위칭 모드에서 동작되는 사이리스터 스위치와, 통전 모드에서 스위칭 모드로의 전환시에 상기 전원공급원으로부터의 직류 대전류를 아크(arc)의 발생없이 상기 기계 스위치로부터 상기 사이리스터 스위치로의 전류시키는 전류 회로부를 구비한다.To this end, in the DC high current interruption device according to the present invention, a mechanical switch operating in an energized mode to apply driving power to a load, and connected in parallel to the mechanical switch, and operated in a switching mode to block a DC high current applied to the mechanical switch. And a thyristor switch and a current circuit section for causing a DC high current from the power supply to flow from the mechanical switch to the thyristor switch without generating an arc when switching from the energized mode to the switched mode.
Description
본 발명은 직류 대전류 차단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 스위치와 사이리스터 스위치를 이용하여 수명 및 동작 특성을 개선하도록 된 직류 대전류 차단장치에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current large current interruption device, and more particularly, to a direct current high current interruption device which is designed to improve the service life and operating characteristics by using a mechanical switch and a thyristor switch.
일반적으로 초전도 코일용 직류 대전류 전원 장치에 있어서 반드시 필요한 구성 요소의 하나가 초전도 코일을 보호하기 위한 직류 대전류 차단장치이다. KSTAR 국가 핵융합 과제등에 사용되는 직류 대전류 전원 장치의 용량은 10kA에서 35.6kA까지이며 모두 직류 대전류 차단장치를 필요로 한다.In general, one of the essential components in a DC high current power supply device for a superconducting coil is a DC high current blocking device for protecting the superconducting coil. The capacity of DC high current power supplies used for KSTAR national fusion projects is 10kA to 35.6kA and all require DC high current breaker.
그러나, 현재 상업적으로 생산되고 있는 기계적 차단기는 교류용이거나 단시간동안만 동작을 하며, 직류 차단이 가능한 직류 차단기들은 용량이 위에 미치지 못하며, 크기와 가격 및 반복성에 있어서 제약을 가지고 있다. 특히 차단시간에 있어서는 수십 ms에서 수백 ms로 KSTAR 핵융합과제에서 요구하는 사양을 만족하지 못한다.However, mechanical breakers that are currently commercially available are for AC or short time operation, and DC breakers capable of DC breakage have less capacity and have limitations in size, price and repeatability. In particular, the blocking time does not meet the specifications required by the KSTAR fusion project from tens of ms to hundreds of ms.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 기계적 스위치의 장점과 반도체 사이리스터(thyristor) 스위치의 장점을 결합하여 시스템의 크기와 가격을 낮추어 경제적인 이점을 얻을 수 있는 직류 대전류 차단장치(TMTS:Two-Stage Mechanical-Thyristor Switch)를 개발하고자 하는것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of which is to combine the advantages of mechanical switch and semiconductor thyristor switch to reduce the size and cost of the system to obtain an economic advantage The company intends to develop a two-stage mechanical-thyristor switch (TMTS).
도 1은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 구성을 보인 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a DC large current interrupting device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 개략적인 구성을 보인 전체블록도이다.2 is an overall block diagram showing a schematic configuration of a DC large current interruption device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 각 부의 동작 파형도이다.3 is an operation waveform diagram of each part of the DC high current interruption device according to the present invention.
도 4는 본 발명을 구현하기 위한 비감쇄 직렬 공진 회로도이다.4 is an attenuated series resonant circuit diagram for implementing the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 시뮬레이션 회로도이다.5 is a simulation circuit diagram of a DC large current interruption device according to the present invention.
도 6은 도 5의 시뮬레이션 회로에 의한 결과에 따른 전압 및 전류파형도이다.FIG. 6 is a waveform diagram of voltage and current resulting from the simulation circuit of FIG. 5.
도 7(a)내지(f)는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 전류차단테스트결과를 보인 파형도이다.7 (a) to 7 (f) are waveform diagrams showing the results of the current interruption test of the DC large current interruption device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
M1,11 ... 기계 스위치 S1, 12 ... 사이리스터 스위치M1,11 ... mechanical switch S1, 12 ... thyristor switch
13...전류회로부 14...제어부13 Current circuit unit 14 Control unit
15...펄스 발생부 16...전원공급부15 Pulse generator 16 Power supply
C...캐패시터, S2...전류용 사이리스터 스위치Thyristor Switches for C ... Capacitors, S2 ... Current
L...인덕터 D1...과부하 차단 다이오드L ... Inductor D1 ... Overload Shutdown Diode
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치는 통전모드에서 동작되어 부하에 구동 전원을 인가하는 기계 스위치와,In order to achieve the above object, the DC high current interrupting device according to the present invention is operated in an energized mode and applies a driving power to a load;
상기 기계 스위치에 병렬 접속되며 상기 기계 스위치에 인가되는 직류 대전류를 차단시키는 스위칭 모드에서 동작되는 사이리스터 스위치와,A thyristor switch connected in parallel with the mechanical switch and operated in a switching mode for cutting off a DC large current applied to the mechanical switch;
통전 모드에서 스위칭 모드로의 전환시에 상기 전원공급원으로부터의 직류 대전류를 아크(arc)의 발생없이 상기 기계 스위치로부터 상기 사이리스터 스위치로의 전류시키는 전류 회로부를 구비하여 이루어진다.And a current circuit section for directing a large DC current from the power supply source to the thyristor switch without generation of an arc when switching from the energized mode to the switched mode.
나아가, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치는 통전 모드의 경우 상기 기계 스위치를 온시켜 직류 대전류가 부하에 인가되도록 하고, 스위칭 모드의 경우 상기 기계스위치를 오프시킴과 동시에 상기 사이리스터 스위치를 온시켜 기계스위치로부터 사이리스터 스위치로 전류가 이루어지도록 하고, 상기 사이리스터 스위치가 온된 후 소정 시간 경과 후 상기 전류 회로부를 동작시켜 상기 사이리스터 스위치를 오프시키도록 상기 전류 회로부에 소정의 구동 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 구비하여 이루어진다.Furthermore, the DC high current interrupting device according to the present invention turns on the mechanical switch in the energized mode so that the DC high current is applied to the load, and in the switching mode, turns off the mechanical switch and simultaneously turns on the thyristor switch to switch the mechanical switch. And a control unit for outputting a predetermined drive control signal to the current circuit unit to allow a current to be generated from the thyristor switch, and to operate the current circuit unit to turn off the thyristor switch after a predetermined time after the thyristor switch is turned on. Is done.
이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 직류 대전류 차단 장치의 구성 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서의 설명에 있어서, 통전모드라 함은 직류대전류차단장치가 온되어 부하에 직류전원을 공급하는 상태를 나타내며, 스위칭모드라 함은 직류대전류차단장치를 온상태에서 오프상태로 전환하는 동작상태를 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation effects of the DC high current blocking device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In the description of the present specification, the energization mode refers to a state in which the DC-to-current breaker is turned on to supply DC power to the load, and the switching mode refers to an operating state of switching the DC-to-current interruption device from the on state to the off state. Indicates.
도 1은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 개략적인 구성을 보인 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치는 크게 통전모드에서 동작되어 부하에 구동 전원을 인가하고 스위칭모드에서 오프되는 기계스위치(M1)와, 상기 기계스위치(M1)에 인가되는 직류 대전류를 스위칭시키는 스위칭 모드에서 동작되는 사이리스터 스위치(S1)와, 통전 모드에서 스위칭 모드로의 전환시에 아크(arc)의 발생없이 상기 기계스위치(M1)로부터 상기 사이리스터 스위치(12)로의 전류(commutation)가 가능하도록 하는 전류(轉流) 회로부(13)로 구분될 수 있다.1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a DC large current interruption device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the DC high current interruption device according to the present invention is operated in a large energization mode to apply driving power to a load and to be applied to the mechanical switch M1 and off in the switching mode, and to the mechanical switch M1. A thyristor switch S1 operated in a switching mode for switching a direct current of a large current, and a current from the mechanical switch M1 to the thyristor switch 12 without generation of an arc when switching from a conduction mode to a switching mode. It can be divided into a current circuit portion 13 to enable the (commutation).
전술한 구성에 있어서, 상기 사이리스터 스위치(S1)는 상기 기계스위치(M1), 일예로 ACB(Air Circuit Breaker) 또는 VCB(Vacuum Circuit Breaker)등과 같은 기계스위치(M1)에 병렬로 접속되며, 상기 전류 회로부(13)는 상기 사이리스터 스위치(S1)에 병렬로 접속된다. 이때 상기 전류 회로부(13)는 상기 사이리스터 스위치(S1)의 애노드측에 일단이 접속된 캐패시터(C)와, 상기 캐패시터(C)에 직렬접속된 인덕터(L) 및 상기 인덕터(L)에 애노드측이 직렬 접속되고 캐소드측은 상기 사이리스터 스위치(S1)의 캐소드측에 접속된 전류(轉流)(communitation)용 사이리스터 스위치(S2)를 구비하여 이루어진다. 또한, 상기 전류회로부(13)는 상기 직렬접속된 캐패시터(C), 인덕터(L) 및 사이리스터 스위치(S2)와 병렬로 상기 사이리스터 스위치(S1)의 애노드측에 캐소드측이 접속되고 상기 사이리스터 스위치(S1)의 캐소드측에 애노드단이 접속된 다이오드(D1)를 구비한다.In the above configuration, the thyristor switch (S1) is connected in parallel to the mechanical switch (M1), for example, the mechanical switch (M1), such as ACB (Air Circuit Breaker) or VCB (Vacuum Circuit Breaker), the current The circuit portion 13 is connected in parallel to the thyristor switch S1. At this time, the current circuit unit 13 has a capacitor C having one end connected to the anode side of the thyristor switch S1, an inductor L connected in series with the capacitor C and an anode side to the inductor L. This series connection is made and the cathode side is provided with the thyristor switch S2 for communication connected to the cathode side of the said thyristor switch S1. In addition, the current circuit unit 13 has a cathode side connected to the anode side of the thyristor switch S1 in parallel with the series-connected capacitor C, the inductor L and the thyristor switch S2, and the thyristor switch ( A diode D1 having an anode end connected to the cathode side of S1) is provided.
도 2는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단기 구동 장치의 일예에 따른 구성을 보인 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단기 구동 장치는 통전 모드 및 스위칭 모드에 따라 각각 기계스위치(11) 및 사이리스터 스위치 및 전류회로부(12)(13)의 구동을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부(14)와, 상기 제어부(14)의 제어하에 상기 기계스위치(11)와 사이리스터 스위치 및 전류회로부(12)(13)를 통해 부하에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(16)와, 상기 제어부(14)의 제어하에 상기 기계 스위치(11)의 동작을 오프시키기 위한 펄스 신호 및 상기 사이리스터 스위치 및 전류회로부(12)(13)를 동작시키기 위한 게이트 구동 신호로 소정의 펄스 신호를 인가하는 펄스발생부(15)를 구비하여 이루어진다. 상기에서, 제어부(14)는 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 마이콤등 으로도 구현될 수 있다.2 is a block diagram showing a configuration of an example of a DC high current circuit breaker driving apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the DC high current circuit breaker driving apparatus according to the present invention controls the driving of the mechanical switch 11, the thyristor switch and the current circuit unit 12, 13 according to the energization mode and the switching mode, respectively. And a power supply unit 16 for supplying driving power to the load through the mechanical switch 11, the thyristor switch, and the current circuit unit 12, 13 under the control of the control unit 14; Under the control of the control unit 14, a predetermined pulse 'signal is applied as a pulse' signal for turning off the operation of the mechanical switch 11 and a gate gate signal for operating the thyristor switch and the current circuit unit 12, 13. It is provided with a pulse generator 15 to. In the above, the control unit 14 may also be implemented as a programmable logic controller (PLC) or a microcomputer.
이하에는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the operation and effect of the DC high current blocking device according to the present invention will be described in detail.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치는 일예로 초전도 코일용 직류 대전류 전원 장치에서 초전도 코일을 보호하기 위하여 사용되어진다. 한편, 본 발명에 사용되는 기계스위치(M1)는 기본적으로 일반적인 상용의 차단기 류를 적용하는 것이며, 가능한 한 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 성능 개선을 위하여 다음과 같은 조건을 만족하도록 구성된다. 즉, 직류 대전류를 항시 흘릴 수 있도록 조인트(joint)부분과 그 외의 통전 부분들이 설계되어야하며, 가능한 동작시간을 줄일수 있는 구조여야 한다. 기계 스위치의 동작시간과, 직류 대전류 차단장치의 가격 및 크기는 서로 연관이 있으며 기계 스위치의 동작 시간이 빠를수록 사이리스터 스위치(S1) 및 전류 회로부(13)의 용량을 보다 작게 구성할 수 있다.1 and 2, the DC high current blocking device according to the present invention is used to protect the superconducting coil in the DC high current power supply for the superconducting coil as an example. On the other hand, the mechanical switch (M1) used in the present invention is basically to apply a general commercial breaker, it is configured to satisfy the following conditions for the performance improvement of the DC high-current breaker according to the present invention as possible. In other words, joint part and other energized parts should be designed to flow DC high current all the time, and structure should be able to reduce the operation time as much as possible. The operating time of the mechanical switch and the price and size of the DC direct current breaker are related to each other, and the faster the operating time of the mechanical switch, the smaller the capacity of the thyristor switch S1 and the current circuit unit 13 can be configured.
또한, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치에서는 기본적으로 정상적인 통전 상태에서는 기계스위치(M1)를 통해 부하에 전원을 인가하고, 기계스위치(M1)를 오프시키는 스위칭 순간에는 사이리스터 스위치(S1)를 사용하여 기계스위치(M1) 접점에서의 아크 발생을 방지하게 된다. 따라서, 짧은 시간 동안의 전류 정격이 온상태에서의 전류 정격보다 10배 이상이 되는 사이리스터 소자의 동작 특성을 이용하여 실제 설계하고자 하는 직류 대전류 차단 장치의 정격보다 상당히 작은 정격의 사이리스터 소자를 사용할 수 있다. 일예로, 300A, 1800V의 사이리스터 소자의 경우 5000A, 10 ms의 펄스 전류, 5400A, 8.3ms의 펄스 전류를 견딜 수 있다. 또한, 빠른 턴-오프(turn-off)시간을 갖는 사이리스터 소자를 사용함으로써 전류(commutation)회로부(13)의 부담을 줄일 수 있다.In addition, in the DC high current interruption device according to the present invention, the thyristor switch S1 is used at a switching moment at which the power is applied to the load through the mechanical switch M1 in the normal energized state, and the mechanical switch M1 is turned off. Arc generation at the mechanical switch M1 contact is prevented. Therefore, by using the operating characteristics of the thyristor element that the current rating for a short time is 10 times or more than the current rating in the on-state, it is possible to use a thyristor element having a rating significantly smaller than that of the DC large current interruption device that is actually designed. . For example, the thyristors of 300A and 1800V can withstand 5000A, 10 ms pulse current, 5400 A, 8.3 ms pulse current. In addition, by using a thyristor element having a fast turn-off time, the burden on the commutation circuit unit 13 can be reduced.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 각 부의 동작 파형을 보인 타이밍도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전류 회로부의 등가 회로도를 도시한 것이다.On the other hand, Figure 3 is a timing diagram showing the operation waveform of each part of the DC large current interruption apparatus according to the present invention, Figure 4 shows an equivalent circuit diagram of the current circuit unit according to the present invention.
본 발명의 동작을 설명하면, 제어부(14)는 부하(17)를 구동시키고자 하는 경우에는 기계 스위치(M1)의 접점을 온시켜 전원 공급부(16)로부터 소정의 구동 전원이 부하(17)측에 인가되도록 한다. 이때, 사이리스터 스위치(S1)는 게이트 신호가 인가된 상태가 아니기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이 오프 상태를 유지하게 된다.Referring to the operation of the present invention, the control unit 14 turns on the contact of the mechanical switch M1 when the load 17 is to be driven, and the predetermined driving power is supplied from the power supply unit 16 to the load 17 side. To be applied to In this case, since the thyristor switch S1 is not in a state in which the gate signal is applied, the thyristor switch S1 is maintained in an off state as shown in FIG. 3.
그러나, 부하(17)의 구동을 정지시키고자 하는 경우, 제어부(14)는 먼저 부하(17)에 인가되는 직류 대전류를 차단하기 위하여 기계스위치(M1)의 접점을 오프시키게 된다. 이때, 기계스위치(M1)의 접점이 오프되면서 아크가 발생되는 것을 방지하기 위하여, 제어부(14)는 기계스위치(M1)의 접점이 오프되는 순간에 싸이리스터 스위치(S1)를 구동시키도록 게이트 신호를 인가하게 된다. 이때, 사이리스터 스위치(S1)의 전압 강하는 매우 작기 때문에 아크 발생없이 구동 전류는 도 3에 도시된 바와 같이 기계 스위치(M1)로부터 사이리스터 스위치(S1) 측으로 전류(commutation)하게 된다.However, when the driving of the load 17 is to be stopped, the controller 14 first turns off the contact of the mechanical switch M1 in order to cut off the DC high current applied to the load 17. At this time, in order to prevent the arc from occurring while the contact of the mechanical switch M1 is turned off, the control unit 14 drives the gate signal to drive the thyristor switch S1 at the moment when the contact of the mechanical switch M1 is turned off. Will be applied. At this time, since the voltage drop of the thyristor switch S1 is very small, the drive current is commutated from the mechanical switch M1 to the thyristor switch S1 side as shown in FIG. 3 without arc generation.
또한, 사이리스터 스위치(S1)가 온된 이후에 제어부(14)는 전류 회로부(13)의 사이리스터 스위치(S2)의 게이트단에 구동 신호를 인가하여 사이리스터 스위치(S2)를 온시키게 된다. 이때, 사이리스터 스위치(S1)에 흐르던 전류는 사이리스터 스위치(S2)가 온됨에 따라 사이리스터 스위치(S2)에 직렬 연결된 캐패시터(C) 및 인덕터(L)로 흐르게 되어 도 3에 도시된 바와 같이 사이리스터 스위치(S1)를 오프시키게 된다. 이때, 사이리스터 스위치(S2)를 온시킴으로써 흐르는 공진 전류는 사이리스터 스위치(S1)에 흐르는 전류보다 커야 하며 즉, 사이리스터 스위치(S1)에 흐르는 전류를 유지 전류(Holding current: 게이트의 개방상태에서 소자가 통전하고 있을 때 도전 상태를 유지하기 위한 최초의 순전류)이하로 낮추어야 하고, 그 시간은 사이리스터 스위치(S1)의 턴 오프시간보다 길어야 한다.In addition, after the thyristor switch S1 is turned on, the controller 14 turns on the thyristor switch S2 by applying a driving signal to the gate terminal of the thyristor switch S2 of the current circuit unit 13. At this time, the current flowing in the thyristor switch (S1) flows to the capacitor (C) and the inductor (L) connected in series with the thyristor switch (S2) as the thyristor switch (S2) is turned on, as shown in FIG. S1) is turned off. At this time, the resonant current flowing by turning on the thyristor switch S2 should be larger than the current flowing in the thyristor switch S1, that is, the current flowing through the thyristor switch S1 is held by the device in the open state of the gate. The first forward current to maintain the conducting state), and the time must be longer than the turn-off time of the thyristor switch S1.
그러나, 이러한 조건을 만족시키는 경우 사이리스터 스위치(S1)에 흐르는 전류보다 더 큰 전류가 사이리스터 스위치(S2)에 흘러야 하는 데, 이러한 경우 사이리스터 스위치(S2)에 흐르는 큰 전류는 부하에 영향을 미치게 된다. 특히, KSTAR 핵융합 장치에서와 같이 부하가 상당히 큰 인덕턴스를 갖는 경우 부하 전류는 전류(commutation)의 순간에도 일정하며, 부하 전류와 사이리스터 스위치(S2)를 흐르는 전류의 차 만큼이 과전압으로 스위치 또는 부하에 나타나게 된다.However, when this condition is satisfied, a current larger than the current flowing through the thyristor switch S1 must flow through the thyristor switch S2. In this case, a large current flowing through the thyristor switch S2 affects the load. In particular, if the load has a fairly large inductance, such as in a KSTAR fusion device, the load current is constant at the moment of commutation and the overvoltage is equal to the difference between the load current and the current flowing through the thyristor switch S2. Will appear.
따라서, 본 발명에서는 과전압 발생을 방지하기 위하여 전류회로부(13)에 사이리스터 스위치(S1)와 병렬접속된 다이오드(D1)을 더 구성하여 차단 전류보다 큰 전류는 다이오드(D1)을 통해 흐르게 되어 과전압이 발생되지 않도록 한다.Therefore, in the present invention, in order to prevent the occurrence of overvoltage, the diode D1 connected in parallel with the thyristor switch S1 is further configured in the current circuit unit 13 so that a current larger than the blocking current flows through the diode D1 so that the overvoltage is increased. Do not occur.
이때, 도 4에 도시된 바와 같은 비감쇄 직렬 공진 회로(undamped seriesresonant circuit)로부터 전류회로부(13)의 캐패시터(C) 및 인덕터(L)를 설계할 수 있으며, 부하는 일정 전류의 전류원으로 가정하고 t0에서 부하 전류는 IL0이다. 또한, 인덕터(L)의 전류(iL)와 캐패시터(C)의 전압(Vc)가 변수가 되며, t0에서 각각 초기 조건으로 IL0와 VC0를 갖는다. 회로 방정식을 세우면 다음의 수학식 1 과 같다.At this time, the capacitor (C) and the inductor (L) of the current circuit unit 13 can be designed from the undamped series resonant circuit as shown in FIG. At t 0 the load current is I L0 . In addition, the current i L of the inductor L and the voltage V c of the capacitor C become variables, and each has an initial condition I L0 and V C0 at t 0 . When the circuit equation is established, the following equation (1) is obtained.
이때, 각속도 공진주파수(ω0)는이고, 특성 임피던스(Z0)는Ω이다. 따라서, 상기의 수학식 1에 의하여 원하는 전류(commutation) 전류의 크기와 시간에 따라 캐패시턴스와 인덕턴스의 값이 정해지게 된다.At this time, the angular velocity resonance frequency (ω 0 ) And the characteristic impedance (Z 0 ) is Ω. Therefore, the capacitance and inductance values are determined according to the magnitude and time of the desired commutation current by Equation 1 above.
도 5는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 시뮬레이션 회로를 도시한 것이고, 도 6은 도 5에 도시된 시뮬레이션 회로에 의한 실험결과에 따른 전압 전류 파형을 도시한 것이다. 도 5의 직류 대전류 차단 장치의 시뮬레이션 회로에서는 전원 공급부(power supply)(16)와 부하(17) 사이에 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치를 연결시키고, 전원 공급부(16)를 동작시킨 후 기계 스위치(M1)를 턴온 및 턴 오프해서 두개의 사이리스터(S1)(S2)를 동작시켜 성능을 시뮬레이션 하였다. 이때, 시뮬레이션을 위한 각 구성요소들의 사양 및 파라미터는 표 1에 나타낸 것과 같다.FIG. 5 illustrates a simulation circuit of the DC large current interruption device according to the present invention, and FIG. 6 illustrates a voltage current waveform according to the experimental results by the simulation circuit shown in FIG. 5. In the simulation circuit of the DC high current interruption device of FIG. 5, a DC high current interruption device according to the present invention is connected between a power supply 16 and a load 17, and the mechanical switch is operated after operating the power supply 16. Performance was simulated by turning on and off (M1) to operate two thyristors (S1) and (S2). At this time, the specifications and parameters of each component for the simulation are as shown in Table 1.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치로 100A에서 2000A까지 전류 차단을 실험한 결과를 나타낸 것으로, 도 7a는 100A의 전류차단 실험 결과이고, 도 7b는 200A 전류차단, 도 7c는 500A 전류차단, 도 7d는 1000A의 전류차단, 도 7e는 1500A, 도 7f는 2000A의 전류차단 실험 결과를 나타낸 것이다.7A to 7F show the results of experiments of breaking currents from 100A to 2000A with the DC high current interrupting device according to the present invention. FIG. 7A is a result of a current blocking test of 100A, and FIG. 7B shows a 200A current blocking operation. 500A current cutoff, FIG. 7D shows a current cutoff of 1000A, FIG. 7E shows 1500A, and FIG. 7F shows a result of a current cutoff experiment of 2000A.
본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.DC large current blocking device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment can be implemented in various modifications within the range allowed by the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단기는 기계적스위치의 장점과 사이리스터 스위치의 장점을 이용하여 전류통전시와 전류 차단시에 각각 선택적으로 동작시킴으로써 차단기의 크기를 소형화하고, 제작이 용이하며 저가격으로 구현할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.As described above, the DC large current circuit breaker according to the present invention selectively operates at the time of energizing and interrupting the current by using the advantages of the mechanical switch and the thyristor switch, thereby miniaturizing the size of the circuit breaker and making it easy to manufacture. It can provide the effect that can be implemented at low cost.
또한, 고압 대용량의 기계 스위치의 차단동작시의 과전압 발생을 사이리스터 스위치를 통해 방지할 수 있으므로 기계 스위치의 수명을 늘리고, 전류 차단을 안정적으로 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to prevent the occurrence of overvoltage during the breaking operation of the high-pressure large-capacity mechanical switch through the thyristor switch can increase the life of the mechanical switch, it is possible to obtain the effect of performing a stable current interruption.
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