KR100517106B1 - Apparatus for measuring electric braking force using catenary voltage and catenary current and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가선전압 및 가선전류를 측정하여 전기철도차량의 전기 제동력을 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 전차선으로부터 집전하는 집전장치에서 차량 변압기로 공급되는 전압을 측정하는 가선전압 측정부와; 상기 집전장치로부터 차량 변압기로 공급되는 전류를 측정하는 가선전류 측정부와; 상기 가선전압 측정부 및 가선전류 측정부로부터 가선전압과 가선전류의 값을 읽어들여 역률을 산출하는 전력분석부와; 차축의 속도를 측정하는 차축속도 측정부와; 상기 전력분석부와 상기 차축속도 측정부로부터 가선전압, 가선전류, 역률 및 차축속도를 입력받아 제동력을 산출하는 제동력 산출부로 구성되어 차량의 노후, 기계적 제동장치의 마모 등으로 인한 제동력의 변화에 대응할 수 있고, 전기철도차량의 제작시에 제동장치의 성능을 간단히 시험할 수 있도록 하여 생산성을 높일 수 있다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring electric braking force of an electric railway vehicle by measuring a line voltage and a line current, comprising: a line voltage measuring unit measuring a voltage supplied to a vehicle transformer in a current collector configured to collect from an electric vehicle line; A wire current measuring unit configured to measure a current supplied from the current collector to the vehicle transformer; A power analyzer which reads the values of the line voltage and the line current from the line voltage measuring unit and the line current measuring unit and calculates a power factor; An axle speed measuring unit measuring a speed of the axle; It is composed of a braking force calculation unit for calculating the braking force by receiving the line voltage, line current, power factor and axle speed from the power analysis unit and the axle speed measurement unit to cope with the change of braking force due to the deterioration of the vehicle and the wear of the mechanical braking device. It is possible to easily test the performance of the braking device when manufacturing the electric railway vehicle, thereby increasing productivity.
Description
본 발명은 가선전압 및 가선전류에 의한 전기철도차량의 전기 제동력 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 집전장치와 VCB 사이에 전압센서와 전류센서를 설치하여 가선전압과 가선전류를 측정하고 그 측정된 가선전압과 가선전류로부터 역률을 산출하고 차축속도를 측정하여 전기 제동력을 산출하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring electric braking force of an electric railway vehicle by a wire voltage and a wire current and a method thereof. In particular, a voltage sensor and a current sensor are installed between a current collector and a VCB to measure a wire voltage and a wire current, and to measure The present invention relates to an apparatus and a method for calculating an electric power braking force by calculating a power factor from a predetermined line voltage and a line current and measuring axle speed.
전기철도차량에 제동력을 제공하는 브레이크에는 마찰력을 이용하는 기계 브레이크와, 주전동기를 발전기로 사용할 때 발생하는 역토크를 이용하는 전기 브레이크로 대별된다.Brakes that provide braking force to electric railway vehicles are roughly classified into mechanical brakes using frictional force and electric brakes using reverse torque generated when the main motor is used as a generator.
이와 같이 전기철도차량의 제동력은 기계적 제동력과 전기적 제동력으로 구성되고, 고속영역(전기제동력이 충분한 속도영역)에서는 그 기계적 제동력과 전기적 제동력을 조화시켜 전동차와 부수차의 제동력을 한꺼번에 제어하여 저속영역(전기철도차량의 감속으로 인하여 전기제동력이 부족할 때)에서는 부수차의 제동을 동작시키는 공기보충 제동을 행한다.As described above, the braking force of an electric railway vehicle is composed of a mechanical braking force and an electric braking force, and in the high speed region (speed region with sufficient electric braking force), the braking force of the electric vehicle and the secondary car is controlled at the same time by harmonizing the mechanical braking force and the electric braking force at the same time. In the case where the electric braking force is insufficient due to the deceleration of the electric railway vehicle, air supplement braking is performed to operate the braking of the secondary aberration.
따라서, 전기철도차량의 제동에서는 기계적 제동과 전기적 제동을 적절하게 분배하여야 제동장치의 성능을 좋게 할 수 있다.Therefore, in braking of an electric railway vehicle, it is necessary to distribute mechanical braking and electric braking properly to improve the performance of the braking system.
종래에는 전기철도차량의 제동력을 시험하기 위해서는 도1에 도시된 바와 같이 차축(1)에 스트레인 게이지(2)를 부착하고 차축(1)이 회전할 때 발생하는 차축의 비틀림량에 따라 스트레인 게이지(2)에서 발생하는 전압의 세기를 측정한다. 상기 스트레인 게이지(2)에서 발생한 전압은 증폭기(3)로 증폭된 후, 송신 안테나(4)를 통해 차량의 본체(6)에 설치된 수신 안테나(5)로 송신하여 차축(1)의 비틀림량에 따른 신호의 세기를 이용하여 차축(1)에 걸리는 제동력을 측정하였다.Conventionally, in order to test the braking force of an electric railway vehicle, as shown in FIG. 1, a strain gauge 2 is attached to the axle 1, and a strain gauge according to the amount of twist of the axle generated when the axle 1 rotates ( Measure the intensity of the voltage generated in 2). The voltage generated by the strain gauge 2 is amplified by the amplifier 3 and then transmitted to the receiving antenna 5 installed in the main body 6 of the vehicle through the transmitting antenna 4 to the amount of torsion of the axle 1. The braking force applied to the axle 1 was measured by using the strength of the signal.
그러나 차축에 걸리는 제동력은 기계 브레이크에 의한 기계적 제동력과 전기 브레이크에 의한 전기적 제동력의 합이므로, 종래의 측정방법으로는 전체적인 제동력만을 측정할 수 있고 전기적 제동력만을 측정할 수는 없으므로 기계적 제동력과 전기적 제동력의 비율을 적절하게 분배할 수가 없었다.However, since the braking force applied to the axle is the sum of the mechanical braking force by the mechanical brake and the electric braking force by the electric brake, the conventional braking force can only measure the overall braking force and cannot measure the electric braking force alone. The ratio could not be properly distributed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기철도차량의 전기적 제동력만을 측정할 수 있는 가선전압 및 가선전류에 의한 전기철도차량의 전기 제동력 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention to provide an electric braking force measuring device and method of the electric railway vehicle by the line voltage and the line current which can measure only the electric braking force of the electric vehicle. will be.
본 발명의 다른 목적은 집전장치로부터 차량 변압기로 공급되는 가선전압과 가선전류를 측정하여 전기적 제동력을 용이하게 측정할 수 있도록 하는 가선전압 및 가선전류에 의한 전기철도차량의 전기 제동력 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is an electric braking force measuring device and method for measuring electric wire braking power by electric wire braking voltage and wire current to measure electric wire braking force and electric wire current supplied from a current collector to a vehicle transformer. To provide.
본 발명의 또 다른 목적은 제동브렌딩시 기계적 제동력과 전기적 제동력을 최적 비율로 분배할 수 있도록 하는 가선전압 및 가선전류에 의한 전기철도차량의 전기 제동력 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for measuring electric braking force of an electric railway vehicle using a line voltage and a line current to distribute mechanical braking force and electric braking force at an optimum ratio during braking blending.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전기 제동력 측정장치는 전차선으로부터 집전하는 집전장치에서 차량 변압기(DC 급전의 경우 전력변환장치)로 공급되는 전압을 측정하는 가선전압 측정부와; 상기 집전장치로부터 차량 변압기 (DC 급전의 경우 전력변환장치)로 공급되는 전류를 측정하는 가선전류 측정부와; 상기 가선전압 측정부 및 가선전류 측정부로부터 가선전압과 가선전류의 값을 읽어들여 역률을 산출하는 전력분석부와; 차축의 속도를 측정하는 차축속도 측정부와; 상기 전력분석부와 상기 차축속도 측정부로부터 가선전압, 가선전류, 역률 및 차축속도를 입력받아 제동력을 산출하는 제동력 산출부로 구성된다.In order to achieve the above object, the electric braking force measuring device according to the present invention includes: a line voltage measuring unit for measuring a voltage supplied from a current collecting device collecting current from an electric vehicle line to a vehicle transformer (a power converter in the case of DC feeding); A wire current measuring unit configured to measure a current supplied from the current collector to a vehicle transformer (or a power converter in the case of DC feeding); A power analyzer which reads the values of the line voltage and the line current from the line voltage measuring unit and the line current measuring unit and calculates a power factor; An axle speed measuring unit measuring a speed of the axle; It is composed of a braking force calculation unit for calculating the braking force by receiving the line voltage, the line current, power factor and the axle speed from the power analysis unit and the axle speed measuring unit.
상기 전기제동력 측정장치에 상기 제동력 산출부에서 산출한 제동력을 표시하는 표시부를 더 구비하게 하여 산출된 제동력의 표시를 측정자가 용이하게 알 수 있도록 하는 구성으로 할 수 있음을 밝혀 둔다.The electric braking force measuring device may further include a display unit for displaying the braking force calculated by the braking force calculating unit so that the display of the calculated braking force can be easily configured.
본 발명에 의한 전기 제동력 측정방법은 가선전압 측정부와 가선전류 측정부로부터 가선전압과 가선전류를 입력받는 단계와; 어느 특정 시점에서 가선전압과 가선전류를 측정하기 위하여 가선전압과 가선전류의 초기 시작점과 1주기의 끝점을 확인하고 가선전압과 가선전류의 1주기(T)의 역수를 구하여 주파수를 산출하는 단계와; 상기 산출된 가선전압과 가선전류에서 초기 시작점의 시간차 Δt를 구하고 다음식에 의해 가선전압과 가선전류의 위상차를 계산하는 단계와;The electric braking force measuring method according to the present invention comprises the steps of: receiving the line voltage and the line current from the line voltage measuring unit and the line current measuring unit; In order to measure the line voltage and the line current at a specific point in time, the frequency of calculating the frequency by checking the initial starting point of the line voltage and the line current and the end point of one cycle, and calculating the reciprocal of the line voltage and the one cycle (T) of the line current. ; Calculating a time difference Δt between the initial starting point from the calculated line voltage and the line current and calculating a phase difference between the line voltage and the line current according to the following equation;
상기 가선전압과 가선전류의 위상차의 코사인(cosine) 값을 산출하여 역율을 구하고, 그 값에 가선전압과 가선전류를 곱하여 유효전력을 계산하는 단계와; 상기 가선전압, 가선전류, 역률을 입력받아, 소비전력을 다음식으로부터 구하는 단계와;Calculating a power factor by calculating a cosine value of the phase difference between the wire voltage and the wire current, and calculating the effective power by multiplying the wire voltage and the wire current by the value; Receiving the wire voltage, the wire current, and the power factor to obtain power consumption from the following equation;
차축속도 측정부로부터 차축속도를 입력받고, 다음식으로부터 제동력을 산출하는 단계와;Receiving an axle speed from an axle speed measuring unit and calculating a braking force from the following equation;
이렇게 산출된 제동력 F를 표시부에 표시하고 메모리부에 저장하는 단계로 구성된다.The braking force F thus calculated is displayed on the display unit and stored in the memory unit.
상기와 같이 구성된 본 발명을 실시예를 들어 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.An embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2에 본 발명에 의한 전기철도차량의 전기 제동력 측정장치의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.2 is a block diagram showing the configuration of an electric braking force measuring apparatus for an electric railway vehicle according to the present invention.
본 발명에 의한 전기 제동력 측정장치는 전차선으로부터 집전하는 집전장치 (21)에서 차량 변압기(25)로 공급되는 전압을 측정하는 가선전압 측정부(22)와; 상기 집전장치(21)로부터 차량 변압기(25)로 공급되는 전류를 측정하는 가선전류 측정부(23)와; 상기 가선전압 측정부(22) 및 가선전류 측정부(23)로부터 가선전압과 가선전류의 값을 읽어들여 유효전력과 역률을 산출하는 전력분석부(26)와; 차축의 속도를 측정하는 차축속도 측정부(27)와; 상기 전력분석부(26)와 상기 차축속도 측정부(27)로부터 가선전압, 가선전류, 역률 및 차축속도를 입력받아 제동력을 산출하는 제동력 산출부(28)와; 상기 제동력 산출부(28)에서 산출한 제동력을 표시하는 표시부(29)로 구성된다.Electrical braking force measuring apparatus according to the present invention includes a wire voltage measuring unit 22 for measuring the voltage supplied to the vehicle transformer 25 in the current collector (21) to collect from the electric cable line; A wire current measuring unit 23 measuring a current supplied from the current collector 21 to the vehicle transformer 25; A power analyzer 26 which reads the values of the line voltage and the line current from the line voltage measuring unit 22 and the line current measuring unit 23 and calculates the effective power and power factor; An axle speed measuring unit 27 measuring a speed of the axle; A braking force calculator 28 which receives a line voltage, a line current, a power factor, and an axle speed from the power analyzer 26 and the axle speed measurer 27 and calculates a braking force; The display unit 29 displays the braking force calculated by the braking force calculator 28.
전차선으로부터 집전장치(21)로 공급된 전원은 가선전압 측정부(22)와 가선전류 측정부(23)를 통해 주회로 차단기(24)를 거쳐 차량 변압기(25)에 공급된다.Power supplied from the catenary to the current collector 21 is supplied to the vehicle transformer 25 through the main circuit breaker 24 through the line voltage measuring unit 22 and the line current measuring unit 23.
도3에 본 발명에 의한 가선전압 측정부와 가선전류 측정부가 팬터 그래프에 설치된 상태를 보여주는 상태도가 도시된다.3 is a state diagram showing a state in which a wire voltage measuring unit and a wire current measuring unit according to the present invention are installed in a pantograph.
가선전압 측정부(22)의 1차측이 팬터 그래프(31)의 공급선(32)에 병렬로 연결되어 차량의 차체를 통해 접지로 연결된다. 이때 나머지 한 단자는 전류측정부 (23)를 통하여 주회로 차단기(24)를 통해 차량 변압기(25)에 전원을 공급한다. 전류측정부(23)의 검출단의 두 단자는 전력분석부(26)에 연결되어 측정된 전압을 입력한다.The primary side of the line voltage measurement unit 22 is connected in parallel to the supply line 32 of the pantograph 31 is connected to the ground through the vehicle body of the vehicle. In this case, the other terminal supplies power to the vehicle transformer 25 through the main circuit breaker 24 through the current measuring unit 23. The two terminals of the detection terminal of the current measuring unit 23 are connected to the power analyzing unit 26 and input the measured voltage.
가선전류 측정부(23)는 가선전압 측정부(22)에서 주회로 차단기(24)로 공급되는 전류를 측정하기 위해 가선전압 측정부(22)와 주회로 차단기(24)를 연결하는 공급선(32)에서 발생하는 자기장을 측정한다. 가선전류 측정부(23)는 전류 센서나 홀소자 등을 이용할 수 있으며, 가선전압이 고압이므로 애자 등의 절연체를 개재시켜 설치한다.The wire current measuring unit 23 connects the wire voltage measuring unit 22 and the main circuit breaker 24 to measure the current supplied from the wire voltage measuring unit 22 to the main circuit breaker 24. Measure the magnetic field generated at). The wire current measuring unit 23 may use a current sensor, a hall element, or the like. Since the wire voltage is high, the wire current measuring unit 23 is provided with an insulator such as insulator.
이렇게 측정된 가선전압과 가선전류는 도4에 도시된 바와 같이 전력분석부 (26)에 입력되어 역률과 전력을 산출하는데 사용된다. 가선전압 측정부(22)와 가선전류 측정부(23)로부터 가선전압과 가선전류를 입력받는다(단계 S41).The measured line voltage and line current are input to the power analysis unit 26 as shown in FIG. 4 and used to calculate the power factor and power. The line voltage and the line current are received from the line voltage measuring unit 22 and the line current measuring unit 23 (step S41).
유동성 부하인 견인전동기, 변압기 등이 사용되어 가선전압과 가선전류는 서로 일정한 각을 유지한 상태에서 시간에 따라 회전하기 때문에, 어느 특정 시점에서 가선전압과 가선전류를 측정하기 위하여 제로 크로싱(zero crossing) 등을 이용하여 가선전압과 가선전류의 초기 시작점과 1주기의 끝점을 확인하고 가선전압과 가선전류의 1주기(T)의 역수를 구하여 주파수를 산출한다(단계 S42).Since the traction motors and transformers, which are fluid loads, are used, the wire voltage and the wire current rotate with time while maintaining a constant angle to each other, so that at a specific point in time, zero crossing is required to measure the wire voltage and the wire current. ), The initial start point of the line voltage and the line current and the end point of one cycle are checked, and the frequency is calculated by calculating the inverse of one cycle T of the line voltage and the line current (step S42).
이렇게 확인된 가선전압과 가선전류에서 도5에 도시된 바와 같이 가선전압과 가선전류의 초기 시작점의 시간차 Δt를 구하여, 다음식(1)과 같이 주기로 나누고 360°를 곱하여 그 초기 시작점에서의 가선전압과 가선전류의 위상차를 계산한다(단계 S43).As shown in Fig. 5, the time difference Δt of the initial starting point of the wire voltage and the wire current is obtained from the wire voltage and the wire current thus identified, divided by the period as shown in the following equation (1), and multiplied by 360 ° to obtain the wire voltage at the initial starting point. The phase difference of the excess wire current is calculated (step S43).
.................(1) .................(One)
가선전압과 가선전류의 위상차의 코사인(cosine) 값을 산출하고(단계 S44), 그 값에 가선전압과 가선전류를 곱하여 유효전력을 계산하고 제동력 산출부(28)로 출력한다(단계 S45).A cosine value of the phase difference between the line voltage and the line current is calculated (step S44), the value is multiplied by the line voltage and the line current, and the effective power is calculated and output to the braking force calculation unit 28 (step S45).
제동력 산출부(28)에서는 전력분석부(26)로부터 가선전압, 가선전류, 역률 및 전력을 입력받아(단계 S51), 소비전력을 다음식(2)로부터 구하고(단계 S52),The braking force calculation unit 28 receives the line voltage, the line current, the power factor and the power from the power analysis unit 26 (step S51), and calculates the power consumption from the following equation (2) (step S52),
.............(2) .............(2)
차축속도 측정부(27)로부터 차축속도를 입력받고, 다음식(3)으로부터 제동력을 산출한다(단계 S53).The axle speed is input from the axle speed measuring unit 27, and a braking force is calculated from the following equation (3) (step S53).
............(3) ............ (3)
이렇게 산출된 제동력 F를 표시부(29)에 표시하고 메모리부(도시생략)에 저장한다(단계 S54). 여기서 η는 회생되는 전기적 에너지가 차량의 제동력으로 전달되는 과정에서 제동력으로 변환되는 효율을 나타내는 것으로서, 주전동기에서 발생된 토오크가 소치차와 대치차 등을 통해 차륜에 전달되어 제동력으로 변환되는 효율이다.The braking force F thus calculated is displayed on the display unit 29 and stored in a memory unit (not shown) (step S54). Here, η represents the efficiency of converting the regenerated electrical energy into the braking force in the process of transmitting the braking force of the vehicle, and the torque generated from the main motor is transmitted to the wheel through the small gear and the substitute wheel and converted into the braking force. .
이렇게 가선전압과 가선전류를 측정하여 전기 제동력을 정확하게 산출하여 기계 제동력과 전기 제동력의 비를 적절하게 브렌딩함으로써 차량 자체의 브렌딩장치에 적용하면 차량의 노후, 기계적 제동장치의 마모 등으로 인한 제동력의 변화에 대응할 수 있고, 전기철도차량의 제작시에 제동장치의 성능을 간단히 시험할 수 있도록 하여 생산성을 높일 수 있다.Thus, the electric braking force is accurately calculated by measuring the line voltage and the line current, and the ratio of mechanical braking force and electric braking force is appropriately blended and applied to the vehicle's own branding device. It is possible to cope with the change of, and to increase the productivity by making it possible to simply test the performance of the braking device when manufacturing the electric vehicle.
도 1은 종래의 전기철도차량의 제동력을 시험하기 위한 장치를 나타내는 설명도,1 is an explanatory diagram showing an apparatus for testing a braking force of a conventional electric railway vehicle,
도 2는 본 발명에 의한 전기철도차량의 전기제동력 측정장치의 구성을 나타내는 블록도,2 is a block diagram showing the configuration of an electric braking force measuring apparatus for an electric railway vehicle according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 가선전압 측정부와 가선전류 측정부가 팬터 그래프에 설치된 상태를 보여주는 상태도,3 is a state diagram showing a state in which a wire voltage measuring unit and a wire current measuring unit are installed in a pantograph according to the present invention;
도 4는 본 발명에 의한 전력분석부가 가선전압과 가선전류로부터 역률을 산출하는 방법을 나타내는 플로우 차트,4 is a flowchart illustrating a method of calculating a power factor from a line voltage and a line current by a power analyzer according to the present invention;
도 5는 본 발명에 의한 제동력 산출부가 전력분석부로부터 가선전압, 가선전류, 역률을 입력받아 전기 제동력을 산출하는 방법을 나타내는 플로우 차트이다.5 is a flowchart illustrating a method of calculating an electric braking force by receiving a line voltage, a line current, and a power factor from a power analyzing unit according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
21: 집전장치 22: 가선전압 측정부 23: 가선전류 측정부21: current collector 22: wire voltage measurement unit 23: wire current measurement unit
24: 주회로 차단기 25: 차량 변압기 26: 전력분석부24: main circuit breaker 25: vehicle transformer 26: power analysis unit
27: 차축속도 측정부 28: 제동력 산출부 29: 표시부27: axle speed measurement unit 28: braking force calculation unit 29: display unit
31: 팬터 그래프 32: 공급선31: Pantograph 32: Supply Line
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20110905 Year of fee payment: 7 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120904 Year of fee payment: 8 |
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