KR100423214B1 - 전압하강장치및이와같은종류의장치를일체로하는단상주전원공급장치로부터공급되는비동기형견인시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 단상 주 전원 공급장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템에 관한 것으로, 특히 전압 하강 장치 및 이와 같은 종류의 장치를 일체로 하는 단상 주 전원 공급장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 단상 주 전원 공급장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템에 사용되는 전압 하강 장치를 제공함으로써, 절연체의 과잉 정격 및 라우팅 거리가 멀어지지 않으며 반도체 냉각 시스템의 열 저항이 증가하지 않게 한다.
상기 목적을 위해, 본 발명은 주 견인 변압기(T)의 2차측 권선(3, 4 또는 3, 5)에 접속된 적어도 한쌍의 강제전류(强制轉流) 단상 정류기(1, 2 또는 1, 6)를 포함하는 전압 하강 장치에 관한 것으로, 전원은 상기 주 견인 변압기(T)를 통과하여 직류 주 전원 공급장치로부터 나오고, 전압 증가 제어 정류기로 동작하는 강제전류 단상 정류기(6)에 의해 2차측 권선(5)에서 복구되고, 상기 다른 강제전류 단상 정류기(1, 2)는 동기형 전압 인버터로 동작한다.
따라서, 본 발명의 전압 하강 장치는 배타적이 아닌 독특한 레일 견인 분야 및, 동기형 견인 시스템에 응용할 수 있다.

Description

전압 하강 장치 및 이와 같은 종류의 장치를 일체로 하는 단상 주 전원 공급 장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템
본 발명은, 단상 주 전원 공급장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템(asynchronous traction system)에 관한 것으로, 특히 전압 하강장치(voltage lowering device) 및 이와 같은 종류의 장치를 일체로 하는 단상 주 전원 공급장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템에 관한 것이다.
단상 주 전원 공급장치에 의해 공급되는 종래의 비동기형 견인 시스템은, 견인 모터를 구동시키는 전압 인버터와 중간 직류 전압공급장치를 인버터에 공급하는 강제 전류 단상 정류기(强制轉流 單相 整流器, forced commutation single-phase rectifier)를 반드시 이용한다.
이와 같은 종래 기술의 견인 시스템은 중간 직류 전압을 지탱하도록 정격되어 있는 인버터의 암(the arms)과 정류기의 암(the arms)의 표준화를 가능하게 한다.
몇몇 응용에서, 상기 견인 시스템 다양한 교류로부터 동작하고, 직류 주 전원 공급 장치는 예를 들어 직류 전원 공급을 3000V로 공급한다.
이들 응용에서, 인버터와 정류기는 직류의 고전압에 직접 접속될 수 없다. 이전부터 사용되고 있던 이 문제에 대한 종래기술의 해결책은, 단상 전원 공급장치로부터 견인 인버터에 공급되는 동일한 직류 중간 전압을 3000V 전원 공급으로부터 얻기 위해 직렬-병렬 단속기(chopper)를 얻기 위한 정류기의 암을 재구성하여야한다.
이 해결책을 구현하는 한 가지 방법은, 전자기계적 스위치 수단 및 평활 인덕터(smoothing inductors)를 사용하는 것이다.
때때로 이들 인덕터들을 단상 견인 변압기의 2차측 권선으로 대신할 수 있다.
이와 같은 종래 해결책의 단점은, 다수의 중간 전압들을 필요로 한다는 것이다.
이들 중간 전압들은 모두 동일한 전위로 인가되지 않는다.
예를 들어, 하나의 중간 전압이 공급 전압의 양 단자(the positive terminal)에 직접 접속된다. 이와 같은 직접 연결의 중요성은, 중간 전압의 다운스트림측상의 모든 장비가 접지(IEC 표준은 50Hz에서 9500V(rms)를 명시한다)에 인가되는 3000V의 전압을 지탱하도록 설계되어 있어야만 한다.
이와 같은 절연 제한으로 결국, 절연체의 과잉 정격 및 라우팅 거리가 멀어지게 되고 반도체 냉각 시스템의 열 저항이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 한 가지 목적은, 상술한 단점을 갖지 않은 단상 주 전원 공급장치로부터 공급되는 비동기형 견인 시스템에 사용되는 전압 하강 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 전압 하강 장치의 기본적인 개념은 하나의 중간 직류 전압만을 사용하는 것이다.
중간 직류 전압의 값은 입력 전압의 약 절반이다.
중간 직류 전압은 전기적으로 또는 주 전원 공급장치로부터 격리되어 있다.
본 발명에 따르면, 전압 하강 장치는 주 견인 변압기의 2차측 권선에 접속된 적어도 한쌍의 강제 전류 단상 정류기에 특징에 있는데, 전원은 상기 주 견인 변압기를 통과하고 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하는 강제 전류 단상 정류기에 의해 2차측 권선에서 복구되는 직류 주 전원 공급장치로부터 나오고, 다른 전류 단상 정류기는 동기형 전압 인버터로서 동작하며, 상기 주 변압기의 1차측 권선은 개방 회로(open circuit)이다.
전압 하강 장치의 바람직한 제1 실시예는 다음 특징중 적어도 한 특징을 갖는다:
- 제1 및 제2 강제 전류 단상 정류기는 각각 주 견인 변압기의 제1 및 제2의 2차측 권선을 공급하고, 상기 제1 및 제2 단상 정류기는 동기형 전압 인버터로 동작하며 각각 상기 주 견인 변압기의 상기 제1 및 제2의 2차측 권선을 공급하고, 제 3 강제 전류 단상 정류기는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하고 상기 주 견인 변압기의 상기 제3의 2차측 권선에 의해 공급된다.
- 주 견인 변압기의 상기 제1, 제2 및 제3의 2차측 권선은 동일한 수의 회전 수를 갖는다.
- 전압 하강 장치의 바람직한 제2 실시예에서, 상기 쌍의 각각의 제1 및 제2 강제 전류 단상 정류기는 직렬로 접속되고, 상기 각각의 쌍은 입력 전압에 의해 전력을 공급받고, 상기 제1 단상 정류기는 동기형 전압 인버터로서 동작하며 연결된 주 견인 변압기의 상기 제1의 2차측 권선에 전력을 공급하며, 상기 제2 강제 전류 단상 정류기는 연결된 주 견인 변압기의 상기 제2의 2차측 권선에 의해 전력 공급을 받는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작한다.
상기 어느 한 바람직한 실시예에서, 상기 전압 하강 장치는 다음 특징중 적어도 하나의 특징을 갖는다:
- 상기 주 견인 변압기의 상기 제1 및 제2의 2차측 권선은, 주 견인 변압기의 자기 회로가 포화되지 않는 주파수에서 구형파 교류 전압에 의해 공급된다.
- 상기 단상 정류기는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하고, 그 출력 직류 전압을 입력 전압 값의 절반보다 약간 큰 값으로 조정한다.
마지막으로, 다른 특징에서, 본 발명은 이전에 서술된 전압 하강 장치를 포함하는 단상 주 전원 공급장치에 의해 공급되는 비동기형 견인 시스템으로 구성된다.
본 발명의 전압 하강 장치의 한 가지 장점은, 직-병렬 단속기가 더 이상 사용되지 않는다는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 도면을 참조로 제시된 전압 하강 장치의 바람직한 실시예에 대한 설명을 읽음으로써 알 수 있을 것이다.
도 1은 전기적 격리를 사용하는 본 발명의 전압 하강 장치의 바람직한 실시예에 대한 블럭도.
도 2는 전기적 격리를 사용하지 않는 본 발명의 전압 하강 장치의 바람직한 실시예에 대한 블럭도.
도 3은 도 2에 도시된 전압 하강 장치를 6개의 단상 정류기를 포함하는 전압 하강 장치로 확장한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 6 : 단상 정류기
3, 4, 5 : 2차측 권선
7 : 1차측 권선
도 1은 전기적 격리를 사용하는 본 발명에 따른 전압 하강 장치의 바람직한 실시예에 대한 개략 블럭도이다.
제1 및 제2 강제 전류 단상 정류기(1 및 2)는 예를 들어, 3000V의 입력 전압 E 양단에 직렬로 접속된다.
상기 제1 및 제2 단상 정류기(1 및 2)는 각각 주 견인 변압기(T)의 제1 및 제2의 2차측 권선(3 및 4)을 공급한다.
상기 제1 및 제2 단상 정류기는 동기형 전압 인버터로서 동작한다.
상기 제1 및 제2 단상 정류기는 주 견인 변압기(T)의 자기 회로가 포화하지않게 하는 주파수에서 예를 들어, 3000/2=1500V의 구형파 교류 전압으로 주 견인 변압기의 제1 및 제2의 2차측 권선(3과 4)을 공급한다.
제3 강제 전류 단상 정류기(6)는 주 견인 변압기(T)의 제3의 2차측 권선(5)에 의해 공급된다.
이 제3 단상 정류기(6)는 단상 주 전원 공급장치에 사용될 때와 동일한 원리에 따라 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하여, 그 직류 출력 전압(S)을 3000/2 = 1500V보다 약간 큰 값으로 조정한다.
주 변압기(T)는 1차측 권선이 사용되지 않은 개방 회로 1차측 권선(7)을 갖는다.
상기에서, 주 견인 변압기의 3개의 2차측 권선은 예를 들어, 레일 견인 분야의 경우와 동일한 회전수를 갖는다고 가정한다.
중간 직류 전압은, 전기적으로 격리되고 단상 주 전원 공급장치를 사용할 때와 같이 접지 M에 인가될 수 있다.
제1 및 제2 단상 정류기의 제어 전자회로로 집적된 제어 장치(도시되어 있지 않음)는 단상 정류기 간에 전압의 균형을 유지하고, 제1 및 제2의 2차측 권선에 어떠한 직류도 존재하지 않게 한다.
제1 및 제2 단상 정류기의 제어 전자회로에 집적된 본 발명의 장치는 제1 및/또는 제2 단상 정류기의 반도체의 순환성 전도율(the cyclic conduction ratio)에 따라 동작함으로써 전압차이를 정류시키도록 적응되어 있다.
주 변압기의 개방 회로 1차측 권선을 포함하는 본 발명의 전압 하강 장치는다음과 같은 장점을 갖는다 :
- 항상 접지에 인가될 수 있는 단일 직류 출력 전압을 사용한다는 것.
- 전기적으로 격리하거나 또는 전기적으로 격리하지 않고 단일 전압을 사용한다는 것.
- 입력 전압으로부터 직류 전압에 의해 공급되는 장비를 격리시킬 필요가 없다는 것.
- 종래기술의 장치에 사용되는 것과 같은 부수적인 평활 인덕터를 사용할 필요가 없다는 것.
도 2는 전기적 격리를 사용하지 않는 본 발명의 전압 하강 장치의 바람직한 실시예에 대한 블럭도이다.
제1 및 제2 강제 전류 단상 정류기(1과 6)는 예를 들어 3000V의 입력 전압 E 양단에 직렬로 접속되어 있다.
제1 강제 전류 단상 정류기(1)는 도 1을 참조로 상기 서술된 단상 정류기와 동일한 기능을 갖는다.
제1 단상 정류기(1)는 주 견인 변압기(T)의 제1의 2차측 권선(3)을 공급한다.
제1 단상 정류기(1)는 오실레이터로서 동작하고, 예를 들어 3000/2=1500V의 구형파 교류 전압을 주 견인 변압기의 제1의 2차측 권선(3)에 공급한다.
제2 강제 전류 단상 정류기(6)는 주 견인 변압기(T)의 제2의 2차측 권선(5)에 의해 공급된다.
제2 단상 정류기(6)는 단상 주 전원 공급장치를 사용할 때와 같은 방식으로 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하고, 예를 들어 3000/2=1500V보다 약간 큰 값을 갖는 접지 M에 인가되는 정격 출력 전압 S을 발생한다.
주 변압기(T)는 1차측 권선이 사용되지 않는 개방 회로 1차측 권선(7)을 갖는다.
제1 단상 정류기(1)의 제어 장치(도시되지 않음)는 제1의 2차측 권선에 어떠한 직류 전류도 존재하지 않게 한다.
제2 단상 정류기(6)의 제어 장치(도시되지 않음)는 출력 전압 S를 조정한다.
도 3은 도 2에 도시된 전압 하강 장치를 6개의 단상 정류기를 포함하는 전압 하강 장치로 확장한 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 3쌍의 강제 전류 단상 정류기(1, 6)를 포함하는데, 각 쌍의 단상 정류기는 예를 들어 3000V의 입력 전압 E에 의해 공급된다.
각각의 제1 단상 정류기(1)는 제1의 2차측 권선(3)과 연결되고, 각각의 제2 단상 정류기(6)는 제2의 2차측 권선(5)과 연결되어 있다.
제1 단상 정류기(1) 각각은 동일한 주 견인 변압기(T)의 제1의 2차측 권선(3)에 공급한다.
제2 단상 정류기(6) 모두는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하고, 모두 예를 들어 3000/2=1500V보다0 약간 큰 값을 갖는 접지 M에 인가되는 동일한 정격 출력 전압 S을 공급한다.
주 변압기(T)는 1차측 권선이 사용되지 않는 개방 회로 1차측 권선(7)을 갖는다.
상술된 어느 한 바람직한 실시예에서, 본 발명의 전압 하강 장치는 주 견인 변압기(T)의 2차측 권선(3, 4 또는 3, 5)에 접속된 한쌍의 강제 전류 단상 정류기(1, 2 또는 1, 6)을 포함하고, 전원은 주 견인 변압기(T)를 통과하는 직류 주 전원 공급장치로부터 나오고, 에너지는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하는 강제 전류 단상 정류기(6)에 의해 2차측 권선(5)에서 복구되며, 다른 강제 전류 단상 정류기(1, 2)는 동기형 전압 인버터로서 동작한다.
본 발명의 전압 하강 장치는 배타적이 아닌 독특한 레일 견인 분야에 적용할 수 있다.
본 발명은 또한 단상 주 전원 공급장치에 의해 공급되며 상기 서술된 바와 같은 전압 하강 장치를 포함하는 동기형 견인 시스템에 응용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 전압 하강 장치(voltage lowering device)에 있어서,
    단일 중간 직류 전압을 발생시키기 위한 수단을 포함하고,
    상기 수단은 주 견인 변압기(main traction transformer)의 2차측 권선에 접속된 적어도 한쌍의 강제전류 단상 정류기(强制轉流 單相 整流器, forced commutation single-phase rectifier)를 포함하고, 직류 주 전원으로부터 나온 전력은 상기 주 견인 변압기를 통과하고 전압 증가 제어형 정류기(voltage increasing controlled rectifier)로서 동작하는 한 강제전류 단상 정류기에 의해 2차측 권선에서 복구되며, 다른 강제전류 단상 정류기들은 동기형 전압 인버터들(synchronous voltage inverters)로서 동작하며, 상기 주 변압기의 1차측 권선은 개방되어 있는 전압 하강 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강제전류 단상 정류기 중 제1 및 제2 강제 전류 단상 정류기는 주 견인 변압기의 2차측 권선들 중 제1 및 제2의 2차측 권선들에 각각 전력 공급을 하고, 상기 제1 및 제2 단상 정류기들은 동기형 전압 인버터들로서 동작하고 상기 주 견인 변압기의 제1 및 제2의 2차측 권선들에 각각 전력 공급을 하며, 제3 강제전류 단상 정류기는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하며 상기 주 견인 변압기의 상기 제3의 2차측 권선에 의해 전력 공급을 받는 전압 하강 장치.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 견인 변압기의 2차측 권선들 중 제1, 제2 및 제3의 2차측 권선들은 동일한 턴 수를 가지는 전압 하강 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각 쌍의 제1 및 제2 강제전류 단상 정류기들은 직렬로 접속되고, 상기 각각의 쌍은 입력 전압에 의해 전력을 공급받고, 상기 제1 단상 정류기는 동기형 전압 인버터로서 동작하며 관련된 주 견인 변압기의 상기 제1의 2차측 권선에 전력을 공급하며, 상기 제2 강제전류 단상 정류기는 관련된 주 견인 변압기의 상기 제2의 2차측 권선에 의해 전력 공급을 받는 전압 증가 제어형 정류기로서 동작하는 전압 하강 장치.
  5. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 견인 변압기의 제1 및 제2의 2차측 권선들에는 상기 주 견인 변압기의 자기 회로가 포화되지 않게 하는 주파수에서 구형파 교류 전압이 공급되는 전압 하강 장치.
  6. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강제전류 단상 정류기들은 전압 증가 제어형 정류기들로서 동작하고 그 출력 직류 전압을 입력 전압 값의 절반보다 약간 큰 값으로 조정하는 전압 하강 장치.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 전압 하강 장치를 포함하는 단상 주 전원 공급장치에 의해 전력 공급을 받는 비동기형 견인 시스템.
KR1019960028683A 1995-07-18 1996-07-16 전압하강장치및이와같은종류의장치를일체로하는단상주전원공급장치로부터공급되는비동기형견인시스템 KR100423214B1 (ko)

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