KR100672845B1 - 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치 - Google Patents

철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속철도차량 및 도시철도차량에 설치된 주 변압기의 성능시험을 위해 전체적으로 측정장치를 구성할 경우에, 주 변압기의 전압 및 전류신호 측정장치를 개별적으로 구성하는 것이 아니라 동일 기능을 갖는 장치끼리 묶어서 전체적으로 주 변압기의 전압, 전류를 서로 다른 위치에서 측정함으로써 주 변압기의 성능을 보다 정확하게 분석 및 해석할 수 있도록 하는 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 철도차량에 취부된 다수의 주 변압기의 전압 및 전류를 측정하는 장치에 있어서, 릴레이로부터 소정의 공급전압 및 접지전압을 입력받아, 소정의 직류전압으로 변환시키기 위한 직류/직류 변환부; 상기 직류/직류 변환부에서 소정의 직류전압을 공급받아, 주 변압기의 전류, 전압을 감지하는 전류/전압 센서; 및 상기 전류/전압 센서를 통한 소정의 출력전류와 상기 직류/직류 변환부로부터 소정의 직류전압을 입력받아, 소정의 전압레벨로 변환시켜 해당 측정장치로 출력하는 전류/전압 변환부를 포함하여, 측정장치별로 해당 주 변압기의 전압 및 전류를 측정하되, 네트워크를 통해 각 측정장치로부터 해당 주 변압기의 전압 및 전류 측정값을 입력받아 저장하고, 전체 주 변압기에 대한 성능 분석 및 실시간 모니터링이 가능하며, 상기 직류/직류 변환부는, 상기 릴레이로부터 소정의 공급전압과 접지전압을 입력받아, 각각 소정의 직류전압으로 변환시키는 제1 및 제2 직류/직류 변환기를 구비하며, 상기 전류/전압 변환부는, 상기 전류/전압 센서로부터 출력되는 전류와 상기 직류/직류 변환부로부터 출력되는 소정의 직류전압을 입력받아, 전압으로 변환하는 제1 및 제2 저항; 상기 제1 및 제2 저항을 통하여 반전 입력단에 입력되는 전압과 비반전 입력단에 입력되는 전압을 비교하여, 소정의 전압레벨로 출력하는 연산증폭기; 및 상기 연산증폭기의 출력전압이 입력전압과 동일하도록 가변 조정하는 가변저항기로 구비하는 것을 특징으로 한다.
주 변압기, 직류/직류 변환부, 전류/전압 센서, 전류/전압 변환부, 측정장치, 네트워크 통신

Description

철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치{Voltage and current measurement system for main transformer in train}
도1은 본 발명에 따른 주 변압기 전압 및 전류 측정장치의 블록 구성도.
도2는 본 발명에 따른 주 변압기 전압 및 전류 측정장치의 상세 회로 구성도.
도3은 본 발명에서 네트워크 통신을 이용한 주 변압기 전압 및 전류 측정 장치의 연결 구성 예시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 직류/직류 변환부
1a,1b: 직류/직류 변환기(DC/DC Converter)
3: 전류/전압 센서
4: 전류/전압 변환부
5: 측정장치
10: 주 변압기
R11,R12: 저항
VR1: 가변저항
OP1: 연산증폭기(OP-Amp)
본 발명은 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속철도차량 및 도시철도차량에 설치된 주 변압기의 성능시험을 위해 전체적으로 측정장치를 구성할 경우에, 주 변압기의 전압 및 전류신호 측정장치를 개별적으로 구성하는 것이 아니라, 동일 기능을 갖는 장치끼리 묶어서 전체적으로 주 변압기의 전압, 전류를 서로 다른 위치에서 측정함으로써, 주 변압기의 성능을 보다 정확하게 분석 및 해석할 수 있도록 하는 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치에 관한 것이다.
철도차량의 안전성과 신뢰성 확보를 위하여 가장 중요한 것은 각 전장품의 성능특성을 확인하는 것이라고 할 수가 있다. 각 전장품의 성능 및 기능을 확인하기 위하여 관련 기업이나 연구소에서는 많은 노력을 기울여 왔다.
차량에 부착 설치되는 각 주 변압기들은 차량 성능을 결정하는 중요한 요소 중의 하나이다.
그러나, 종래에는 고속철도 및 도시철도차량에 부착 설치된 주 변압기(Main Transformer)의 전압 및 전류측정은 전체적으로 행해지는 것이 아니라, 완성차 및 본선시운전 시험마다 개별적으로 행하여져 왔기 때문에 차량 전체적인 측면에서 주 변압기의 전압과 전류 변화에 대한 시험결과를 해석하는데 많은 어려움이 있었다.
즉, 주 변압기에 대한 성능시험을 개별적으로 행하여 왔기 때문에, 각각의 시험마다 개별적으로 시험장치를 구축해야 하는 어려움이 있었으며, 서로 다른 주 변압기 의 전압, 전류 등에 대한 시험데이터를 얻기 위해 별도의 시험장치를 구비해야 하므로, 그로 인해 설치비용을 상승시키고, 최적화된 측정장치를 구축하는데 많은 어려움이 뒤따르는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고속철도차량 및 도시철도차량에 취부된 각 주 변압기의 전압과 전류 변화를 차량 전체적인 측면에서 측정함으로써, 주 변압기의 성능을 보다 정확하게 분석 및 해석할 수 있는 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 철도차량에 취부된 다수의 주 변압기의 전압 및 전류를 측정하는 장치에 있어서, 릴레이로부터 소정의 공급전압 및 접지전압을 입력받아, 소정의 직류전압으로 변환시키기 위한 직류/직류 변환부; 상기 직류/직류 변환부에서 소정의 직류전압을 공급받아, 주 변압기의 전류, 전압을 감지하는 전류/전압 센서; 및 상기 전류/전압 센서를 통한 소정의 출력전류와 상기 직류/직류 변환부로부터 소정의 직류전압을 입력받아, 소정의 전압레벨로 변환시켜 해당 측정장치로 출력하는 전류/전압 변환부를 포함하여, 측정장치별로 해당 주 변압기의 전압 및 전류를 측정하되, 네트워크를 통해 각 측정장치로부터 해당 주 변압기의 전압 및 전류 측정값을 입력받아 저장하고, 전체 주 변압기에 대한 성능 분석 및 실시간 모니터링이 가능하며, 상기 직류/직류 변환부는, 상기 릴레이로부터 소정의 공급전압과 접지전압을 입력받아, 각각 소정의 직류전압으로 변환시키는 제1 및 제2 직류/직류 변환기를 구비하며, 상기 전류/전압 변환부는, 상기 전류/전압 센서로부터 출력되는 전류와 상기 직류/직류 변환부로부터 출력되는 소정의 직류전압을 입력받아, 전압으로 변환하는 제1 및 제2 저항; 상기 제1 및 제2 저항을 통하여 반전 입력단에 입력되는 전압과 비반전 입력단에 입력되는 전압을 비교하여, 소정의 전압레벨로 출력하는 연산증폭기; 및 상기 연산증폭기의 출력전압이 입력전압과 동일하도록 가변 조정하는 가변저항기로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명은 전체적으로 주 변압기 전압 및 전류신호 측정장치를 구성할 경우에, 주 변압기(10)의 전압 및 전류 센서(3)로부터 입력된 신호는 단자대(도시 생략됨)를 거쳐 전류/전압 변환부(4)로 입력된 후에 전류신호가 전압신호로 변환 된 후에 측정장치(5)에 전압신호가 입력되도록 한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 주 변압기 전압 및 전류 측정장치의 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 이는 릴레이로부터의 공급전압(72V) 및 접지전압(GND)을 소정의 직류전압(+24V,-24V)으로 변환시키는 직류/직류 변환부(1)와, 상기 직류/직류 변환부(1) 에서 소정의 직류전압(+24V,-24V)을 공급받아 주 변압기의 전류, 전압을 감지하는 전류/전압(CT/PT) 센서(3)와, 상기 전류/전압 센서(3)를 통한 소정의 출력전류와 상기 직류/직류 변환부(1)로부터 소정의 직류전압(+24V,-24V)을 입력받아 소정의 전압레벨(+5V,-5V)로 변환시켜 측정장치(5)로 출력하는 전류/전압 변환부(4)를 포함하여 구성된 것이다.
도 1에서, 도면부호 "2"는 트레일러 모터(TM : Trailer Motor) 단자함을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 직류/직류 변환부(1)에서는 릴레이로부터 공급전압(72V) 및 접지전압(GND)을 입력받아 소정의 직류전압(+24V,-24V)으로 변환시키게 된다.
이와 같이 직류/직류 변환부(1)를 통하여 출력되는 소정의 직류전압(+24V,-24V)은 각각 전류/전압(CT/PT) 센서(3)와 전류/전압 변환부(4)에 입력된다.
이 경우 전류/전압 센서(3)에서는 측정대상인 1차측 전류/전압에 비례하여 2차측에 소정전류를 출력하게 되고, 전류/전압 변환부(4)에서는 전류/전압 센서(3)에서 출력되는 소정전류와, 직류/직류 변환부(1)에서 출력되는 소정의 직류전압(+24V,-24V)을 입력받아 소정의 전압레벨(+5V,-5V)로 변환시켜 측정장치(5)로 입력시킨다.
즉, 릴레이에 공급되는 72V 직류전압을 5V로 변환하여 한가지 신호를 여러 채널에 걸쳐서 변환할 때에 사용할 수가 있다.
도2는 본 발명에 따른 주 변압기 전압 및 전류 측정장치의 상세 회로 구성 도를 나타낸 것으로서, 도1에서 직류/직류 변환부(1)와 전류/전압 변환부(4)의 상세 회로를 나타낸 것이다.
먼저, 직류/직류 변환부(1)는 릴레이(RY)로부터 소정의 공급전압(72V)와 접지전압(GND)을 입력받아 각각 소정의 직류전압(+24V,-24V)으로 변환시키는 제1, 제2 직류/직류 변환기(1a),(1b)로 구성된 것이다.
또한, 전류/전압 변환부(4)는 전류/전압 센서(3)로부터 출력되는 소정전류와 직류/직류 변환부(1)로부터 출력되는 소정의 직류전압(+24V,-24V)을 입력받아, 전압으로 변환하는 제1, 제2저항(R11),(R12)과, 상기 제1, 제2저항(R11),(R12)을 통하여 반전(-)입력단에 입력되는 전압(Vi)과 비반전(+)입력단에 입력되는 전압을 비교하여 소정의 전압레벨(+5V,-5V)로 출력하는 연산증폭기(OP1)와, 상기 연산증폭기(OP1)의 출력전압이 입력전압과 동일하도록 가변 조정하는 가변저항기(VR1)로 구성된 것이다.
도 2에서, "R1∼R4"는 저항이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직류/직류 변환부(1)내의 제1, 제2 직류/직류 변환기(1a),(1b)의 입력단(+IN,-IN)에 각각 릴레이(RY)로부터 소정의 공급전압(72V)와 접지전압(GND)이 입력되면, 제1, 제2 직류/직류 변환기(1a),(1b)를 거쳐 직류/직류 변환되므로 그의 출력단(+Out,-Out)에는 각각 +24V, -24V 로 변환된 직류전압이 출력된다.
이와 같이 변환된 +24V, -24V 직류전압은 전류/전압(CT/PT) 센서(3)와 전류/전압 변환부(4)내의 병렬 접속된 저항(R11,R12)의 일단에 인가된다.
이에 따라 전류/전압(CT/PT) 센서(3)에서는 측정대상인 1차측(입력측) 전류/전압에 비례하여 2차측(출력측)에 소정전류(Is)를 출력시키게 되고, 이 소정의 출력전류(Is)가 병렬 접속된 저항(R11,R12)을 통해 흐르게 되어 연산증폭기(OP1)의 반전(-)입력단에는 입력전압(Vi)이 인가되고, 이 입력전압(Vi)은 연산증폭기(OP1) 의 비반전(+)입력단에 인가되는 전압과 비교되어 그의 출력단에는 소정 레벨로 강하된 전압(Vo)이 출력된다.
이때 출력전압(Vo)이 입력전압(Vi)과 동일하도록 반전(-)입력단과 출력단 사이에 저항(R4)을 통하여 직렬 접속된 가변저항(VR1)을 미리 가변 조정하며, 입력저항(R11,R12)은 설계 시에 설치할 저항 값의 조정을 용이하게 하기 위하여 연결한다.
또한, 연산증폭기(OP1)의 출력단에 나타나는 출력전압(Vo)은 필요에 따라 5V, 10V, 또는 다른 전압으로 변환할 수도 있다.
도3은 본 발명에서 네트워크 통신을 이용한 주 변압기 전압 및 전류 측정 장치의 연결 구성 예시도를 나타낸 것으로서, 이는 다수 개의 전류/전압 센서(3)로서 감지한 다수 개의 주 변압기(10)의 전류, 전압값을 다수 개의 전류/전압 변환부(4)를 통하여 다수 개의 측정장치(5)로 입력받아 저장하도록 구성하고, 이와 같이 다수 개의 측정장치(5)에 입력된 신호들은 차량에 별도로 연결된 네트워크를 통해 주 컴퓨터(Main Computer)(도시 생략됨)로 보내지므로 주 변압기 성능에 대한 분석 및 실시간 모니터링이 가능하도록 구성된 것이다.
즉, 다수 개의 주 변압기(10)를 통해 입력된 전류, 전압 측정 신호들은 네트워크 라인(Network Line)을 통하여 연결되며, 주 컴퓨터(Main Computer)에서 전체적으로 동시에 전류, 전압값을 측정하도록 구성되므로서, 철도차량의 주 변압기의 성능을 보다 정확하게 분석 및 해석할 수가 있다. 이때, 네트워크를 통해 연결된 다른 전기장치 신호들과의 상호 비교를 통해 다른 장치들이 주 변압기에 주는 영향 또는 주 변압기가 다른 전기장치들에 끼치는 영향에 대해서도 보다 정확하게 분석 및 해석할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치는, 각각의 주 변압기의 상태 등에 대한 정보를 보다 정확하게 분석할 수가 있고, 또한 신호잡음(Noise)에 거의 영향을 받지 않는 전기신호들을 얻을 수가 있다. 아울러 다른 전기장치 신호들과의 상호 비교를 통해 다른 장치들이 주 변압기에 주는 영향 또는 주 변압기가 다른 전기장치들에 끼치는 영향에 대하여도 보다 정확하게 분석할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 철도차량에 취부된 다수의 주 변압기의 전압 및 전류를 측정하는 장치에 있어서,
    릴레이로부터 소정의 공급전압 및 접지전압을 입력받아, 소정의 직류전압으로 변환시키기 위한 직류/직류 변환부;
    상기 직류/직류 변환부에서 소정의 직류전압을 공급받아, 주 변압기의 전류, 전압을 감지하는 전류/전압 센서; 및
    상기 전류/전압 센서를 통한 소정의 출력전류와 상기 직류/직류 변환부로부터 소정의 직류전압을 입력받아, 소정의 전압레벨로 변환시켜 해당 측정장치로 출력하는 전류/전압 변환부를 포함하여, 측정장치별로 해당 주 변압기의 전압 및 전류를 측정하되,
    네트워크를 통해 각 측정장치로부터 해당 주 변압기의 전압 및 전류 측정값을 입력받아 저장하고, 전체 주 변압기에 대한 성능 분석 및 실시간 모니터링이 가능하며,
    상기 직류/직류 변환부는, 상기 릴레이로부터 소정의 공급전압과 접지전압을 입력받아, 각각 소정의 직류전압으로 변환시키는 제1 및 제2 직류/직류 변환기를 구비하며,
    상기 전류/전압 변환부는, 상기 전류/전압 센서로부터 출력되는 전류와 상기 직류/직류 변환부로부터 출력되는 소정의 직류전압을 입력받아, 전압으로 변환하는 제1 및 제2 저항; 상기 제1 및 제2 저항을 통하여 반전 입력단에 입력되는 전압과 비반전 입력단에 입력되는 전압을 비교하여, 소정의 전압레벨로 출력하는 연산증폭기; 및 상기 연산증폭기의 출력전압이 입력전압과 동일하도록 가변 조정하는 가변저항기로 구비하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 주 변압기 전압 및 전류 측정장치.
  4. 삭제
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