KR100736328B1 - 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치 및그 제어 방법 - Google Patents

클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치 및그 제어 방법 Download PDF

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    • H03F3/56—Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices using klystrons

Abstract

본 발명은 클라이스트론의 고전압 전원에 이용되는 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중앙에 중공부가 형성되어 중공부를 관통하여 흐르는 전류의 세기를 검출하는 환형의 전류 검출기에 전류 여기 코일을 권선하고, 전원 장치의 외부에 부가적으로 설치된 전류원으로부터 전류 여기 코일에 인가되는 전류를 통해 추가로 형성되는 유기 자기장을 이용하여 전류 검출기에서 검출되는 전류 값을 변경시킴으로써, 전원 장치 내부의 트립 레벨 조절기를 조절할 필요 없이 트립 레벨 설정치를 용이하게 변경할 수 있는 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치는, 상기 전원 장치로부터 인가되는 전원 전류의 크기를 측정하는 전류 검출기와; 상기 전류 검출기에 연결되어 전류 검출기에서 검출되는 전류 신호를 변경시켜주는 전류 보정기와; 트립 설정치에 해당하는 신호를 출력해주는 트립 레벨 조절기와; 상기 전류 검출기 및 트립 레벨 조절기와 연결되어, 상기 전류 검출기로부터 입력되는 검출 전류 값과 상기 트립 레벨 조절기로부터 입력되는 트립 설정치를 서로 비교하여 상기 검출 전류 값이 트립 설정치를 초과하는 경우 전원 장치의 차단기로 차단 신호를 출력해주는 비교기를 포함하여 구성되는 점을 특징으로 한다.
트립 장치, 클라이스트론, 여기 코일, 과전류

Description

클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법{A variable type over-current trip device for klystron high-voltage power supply and the control method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 아날로그 방식 과전류 트립 장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 보정 전류와 과전류 트립 레벨 설정치의 관계를 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 110 : 전류 검출기 20, 120 : 전자 회로 기판
21, 121 : 트립 레벨 조절기 25, 125 : 비교기
130 : 전류 보정기 131 : 보정 전류원
135 : 전류 여기 코일 300 : 전원 전류 도관
본 발명은 클라이스트론의 고전압 전원에 이용되는 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중앙에 중공부가 형성되어 중공부를 관통하여 흐르는 전류의 세기를 검출하는 환형의 전류 검출기에 전류 여기 코일을 권선하고, 전원 장치의 외부에 부가적으로 설치된 전류원으로부터 전류 여기 코일에 인가되는 전류를 통해 추가로 형성되는 유기 자기장을 이용하여 전류 검출기에서 검출되는 전류 값을 변경시킴으로써, 전원 장치 내부의 트립 레벨 조절기를 조절할 필요 없이 트립 레벨 설정치를 용이하게 변경할 수 있는 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 클라이스트론(klystron)은 입자가속기에 공급되는 고주파를 발생시키기 위해 사용되는 고주파 증폭기이다.
이와 같은 고주파 증폭기는 고전압으로 작동되며 아크가 발생할 경우 내부에 과전류가 흘러 장비가 손상될 위험이 있다. 따라서, 과전류 발생시 자동으로 전원을 차단하여 전원 및 고주파 증폭기를 보호하는 과전류 트립 장치를 구비하고 있다.
또한, 고주파 증폭기는 운전 효율을 높이기 위하여 다양한 운전 조건에 따라 운전 전류값을 변화시킬 필요가 있는데, 이러한 이유로 운전 전류값이 변화되는 경우 과전류 트립 장치의 과전류 트립 레벨 설정치(이하, "트립 설정치"로 칭함)를 해당 운전 전류값의 영역대를 고려하여 재설정해 주어야 한다.
종래의 과전류 트립 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙에 중공부가 형 성되어 중공부를 관통하여 흐르는 전원 전류의 세기를 검출하는 환형의 전류 검출기(10)와, 트립 설정치에 해당하는 전압 신호를 출력해주는 트립 레벨 조절기(21)와, 전류 검출기(10) 및 트립 레벨 조절기(21)로부터 출력되는 신호를 연산 및 비교하여 검출된 전류의 크기가 트립 설정치를 초과하는 경우 전원 장치의 차단기로 차단 신호를 출력하는 비교기(25)로 구성되어, 전원으로부터 과전류가 인가되는 이상 상황 발생시 자동으로 전원을 차단함으로써 전원 장치를 포함한 고주파 증폭기 회로를 보호할 수 있다. 여기서, 비교기(25) 및 트립 레벨 조절기(21)는 하나의 전자 회로 기판(20)으로 구성되어 전원 장치의 내부에 구비된다.
이러한 아날로그 방식의 과전류 트립 장치에서 트립 설정치를 변경하려면 운전을 일시 정지시킨 다음 전원 장치 내부에 설치되어 있는 과전류 레벨 조절기를 조절하고 다시 운전을 재개해야 하는 번거로움이 있다.
한편, 디지털 방식의 과전류 트립 장치는 아날로그 방식의 과전류 트립 장치에서 트립 레벨 조절기(21)와 비교기(25) 회로를 마이크로 컴퓨터로 대체하고 그 내부에 내장된 프로그램에서 해당 기능을 수행하도록 한 장치로서, 이 역시 트립 설정치를 변경하려면 운전을 일시 정지시킨 후 프로그램을 수정하여 마이크로 컴퓨터로 다시 로드하고 다시 운전을 재개해야 하는 번거로운 수정 작업을 필요로 한다.
이와 같이 종래의 과전류 트립 장치에서는 운전 중에 실시간으로 트립 설정치를 변경하기가 어려워 운전을 정지한 상태에서 트립 설정치를 변경해야 하므로, 고주파 증폭기의 가동 중지에 따른 시간적, 금전적 손실이 발생하는 문제점이 있 다.
또한, 트립 설정치를 변경한 후 실제로 트립 설정치에 해당하는 크기의 전류가 안정적으로 차단되는지를 검증하기 위해서는 별도의 전류원을 구비하고 해당하는 크기의 전류를 인가시켜 차단 유무를 확인해야 하는데, 이와 같이 별도의 전류원을 설치하고 검증 후 이를 다시 해체하는 작업으로 인하여 검증 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 과전류 트립 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 중앙에 중공부가 형성되어 중공부를 관통하여 흐르는 전류의 세기를 검출하는 환형의 전류 검출기에 전류 여기 코일을 권선하고, 전원 장치의 외부에 부가적으로 설치된 전류원으로부터 전류를 공급받아 유기 자기장을 추가로 형성하여 전류 검출기에서 출력되는 검출 신호를 변경시키고, 전류 검출기의 가변 출력 신호와 트립 레벨 조절기의 일정한 트립 설정 전압을 비교하여 전류를 차단하도록 구성함으로써, 전원 장치 내부의 트립 레벨 조절기를 조절하는 번거로움 없이도 전원 장치 외부의 보정 전류원을 조절하여 트립 레벨 설정치를 용이하게 변경할 수 있는 가변형 과전류 트립 장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은,
상기 전원 장치로부터 인가되는 전원 전류의 크기를 측정하는 전류 검출기 와;
상기 전류 검출기에 연결되어 전류 검출기에서 검출되는 전류 신호를 변경시켜주는 전류 보정기와;
트립 설정치에 해당하는 신호를 출력해주는 트립 레벨 조절기와;
상기 전류 검출기 및 트립 레벨 조절기와 연결되어, 상기 전류 검출기로부터 입력되는 검출 전류 값과 상기 트립 레벨 조절기로부터 입력되는 트립 설정치를 서로 비교하여 상기 검출 전류 값이 트립 설정치를 초과하는 경우 전원 장치의 차단기로 차단 신호를 출력해주는 비교기;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변형 과전류 트립 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치는 고주파 증폭기의 전원 장치에서 인가되는 전원 전류(I)의 크기를 측정하는 전류 검출기(110)와, 전류 검출기(110)에 연결되어 전류 검출기에서 검출되는 전류 신호를 변경시켜주는 전류 보정기(130)와, 트립 설정 치에 해당하는 신호를 출력해주는 트립 레벨 조절기(121)와, 전류 검출기(110) 및 트립 레벨 조절기(121)로부터 출력되는 신호를 연산 및 비교하여 검출된 전류 값이 트립 설정치를 초과하는 경우 전원 장치의 차단기(미도시)로 차단 신호를 출력하는 비교기(125)로 구성된다.
전류 검출기(110)는 중앙에 중공부가 형성되어 있는 환형의 토로이달 코어(toroidal core)로서, 전류 검출기(110) 중앙의 중공부를 관통하는 전원 전류 도관(300)을 따라 흐르는 전류에 의해 자기장이 유기되면 그 크기에 비례하는 전압 신호를 출력해 준다.
전류 보정기(130)는 전원 장치의 외부에 구비되어 전류를 출력하는 보정 전류원(131)과, 전류 검출기(110)의 둘레 일부에 권선되고 양단이 보정 전류원(131)의 입출력단과 각각 연결되어 보정 전류원(131)으로부터 전류를 공급 받아 유기 자기장(induced magnetic field)을 형성하는 전류 여기 코일(135)로 구성된다.
이와 같이, 고주파 증폭기의 전원 전류 도관(300)을 둘러싸는 전류 검출기(110)에 전류 여기 코일(135)을 추가로 설치함으로써, 전원 전류에 의한 유기 자기장과 함께 전류 여기 코일(135)을 따라 흐르는 보정 전류에 의한 유기 자기장이 추가로 형성되게 하여, 전류 검출기(110)에서 각 유기 자기장의 합에 비례하는 전압 신호가 출력되게 구성한다.
비교기(125)는 고주파 증폭기의 전원 전류와 보정 전류를 합한 전류 검출 값과 트립 레벨 조절기로부터 출력되는 트립 설정치를 서로 비교하여, 전류 검출 값이 트립 설정치를 초과하는 경우 기계식 또는 전자식으로 작동하는 차단기를 작동 시켜 전원을 포함한 고주파 증폭기의 전기 회로를 보호하게 된다.
여기서, 비교기(125) 및 트립 레벨 조절기(121)는 하나의 전자 회로 기판(120)으로 구성되어 전원 장치의 내부에 구비되며, 전류 검출기(110)는 전원 장치의 내부 또는 외부에서 고주파 증폭기의 전원 전류 도관(300)의 한 지점을 둘러싸도록 구비된다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 가변형 과전류 트립 장치는 전원 장치 내부의 트립 레벨 조절기(121)를 조절하여 트립 설정치를 변경할 필요 없이, 전원 장치와 별도로 구비되는 보정 전류원(131)의 출력 전류만을 조절함으로써 용이하게 트립 설정치를 변경할 수 있다. 즉, 종래의 과전류 트립 장치는 트립 설정치를 변경하기 위해 운전을 중지하고 전원 장치 내부의 과전류 트립 레벨 조절기를 조절하여 트립 설정치를 변경한 후 운전을 재개해야 하는 번거러움이 있는 반면, 본 실시예에 따른 과전류 트립 장치는 고주파 증폭기의 운전 중에도 전원 장치와 별도로 구비된 보정 전류원을 조절함으로써 트립 설정치를 용이하게 변경할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치의 작동 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2에서, 전원 전류 I에 의해 유기되는 자기장 세기를 B라고 하고, 보정 전류원(131)으로부터 출력되어 전류 여기 코일(135)을 따라 흐르는 보정 전류 I'에 의해 유기되는 자기장 세기를 B'라고 하면, 전류 검출기(110)에서 출력되는 전압 V는 B와 B'의 합에 비례하게 된다. 여기서, 자기장 세기 B, B'는 벡터 값이므로 보 정 전류 I '를 조절하여 B'와 B가 서로 동일한 방향이 되도록 하면 전체 자기장은 전원 전류 만으로 유기되는 자기장에 비하여 그 세기가 증가하며, B'와 B가 서로 반대 방향이 되도록 하면 전원 전류 만으로 유기되는 자기장에 비하여 그 세기가 감소하게 된다.
따라서, 보정 전류 I'를 B'와 B가 서로 동일한 방향이 되도록 인가하면 전류 검출기의 출력 전압 V가 증가하고, 반면 트립 레벨 조절기(121)에서 출력되는 전압 V'는 일정하게 유지되므로 실제로 트립 설정치를 보정 전류 I'의 세기 만큼 낮춘 결과를 얻게 된다. 반대로, 보정 전류 I'를 B'와 B가 서로 반대 방향이 되도록 인가하면 전압 V가 감소하며, 역시 트립 레벨 조절기(121)에서 출력되는 전압 V'는 일정하게 유지되므로 실제로 트립 설정치를 보정 전류 I'의 세기 만큼 높인 결과를 얻게 된다.
이와 같이, 트립 레벨 조절기(121)의 트립 설정치를 V'로 고정시켜 놓고 보정 전류원(131)의 출력 전류 I'만을 변경시켜 전류 검출기(110)로부터 출력되는 전압 V 값을 변경시킴으로써, 과전류 트립 레벨을 적절한 값으로 재설정할 수 있다.
부연하여 설명하면, 도 3에서와 같이 보정 전류원(131)에서 출력되는 보정 전류의 세기를 적절한 값으로 조절함으로써, 기존의 트립 설정치(it0)를 그 보다 낮은 트립 설정치(it1, it2)나 더 높은 트립 설정치(it3)로 변경할 수 있다. 즉, 전원 전류에 의해 유기되는 자기장과 보정 전류에 의해 유기되는 자기장의 방향이 서로 같도록 보정 전류의 세기를 i'1 또는 i'2로 인가하면, 트립 설정치는 기존의 트립 설정치(it0)보다 낮은 it1나 it2로 변경된다. 또한, 전원 전류에 의해 유기되는 자기장과 보정 전류에 의해 유기되는 자기장의 방향이 서로 반대가 되도록 보정 전류의 세기를 i'3이 되도록 인가하면, 트립 설정치는 기존의 트립 설정치(it0)보다 높은 it3로 변경된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법은 고전압으로 작동되는 고주파 증폭기에 사용되는 전원 전류의 트립 설정치를 변경하는 경우에, 전원 장치 내부의 트립 레벨 조절기를 조절하는 번거로움 없이 전원 장치 외부에 구비되는 보정 전류원의 출력 전류를 조절하는 간편한 조작만으로 트립 설정치를 용이하게 변경할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고주파 증폭기의 운전 중에도 필요에 따라 과전류 트립 레벨을 즉시 변경할 수 있는 가변형 과전류 트립 장치 및 그 제어 방법을 제공함으로써, 고주파 증폭기의 운전 중지에 따른 비용 손실을 절감할 수 있는 효과도 있다.

Claims (3)

  1. 클라이스트론 고전압 전원 장치에 사용되는 과전류 트립 장치에 있어서,
    상기 전원 장치로부터 인가되는 전원 전류의 크기를 측정하는 전류 검출기와;
    상기 전류 검출기에 연결되어 전류 검출기에서 검출되는 전류 신호를 변경시켜주는 전류 보정기와;
    트립 설정치에 해당하는 신호를 출력해주는 트립 레벨 조절기와;
    상기 전류 검출기 및 트립 레벨 조절기와 연결되어, 상기 전류 검출기로부터 입력되는 검출 전류 값과 상기 트립 레벨 조절기로부터 입력되는 트립 설정치를 서로 비교하여 상기 검출 전류 값이 트립 설정치를 초과하는 경우 전원 장치의 차단기로 차단 신호를 출력해주는 비교기;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 검출기는 중앙에 중공부가 형성되어 있는 환형의 토로이달 코어이고,
    상기 전류 보정기는 상기 전원 장치와 별도로 구비되어 보정 전류를 출력하는 보정 전류원과, 상기 전류 검출기에 권선되고 양단이 상기 보정 전류원에 연결 되어 상기 보정 전류원으로부터 전류를 공급 받아 유기 자기장을 형성하는 전류 여기 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 클라이스트론 고전압 전원의 가변형 과전류 트립 장치.
  3. 클라이스트론 고전압 전원 장치에 사용되며 토로이달 코어로 된 전류검출기를 구비하는 과전류 트립 장치의 트립 제어 방법에 있어서,
    상기 과전류 트립 장치의 전류 검출기에 전원 장치와 별도로 구비되는 보정 전류원으로부터 보정 전류를 추가로 인가하여, 전원 전류에 의해 유기되는 자기장에 상기 보정 전류에 의해 유기되는 자기장이 합산되도록 하고,
    상기 합산된 자기장에 비례하여 검출되는 전류 값과 일정하게 고정된 트립 설정치를 서로 비교하여 상기 검출 전류 값이 트립 설정치를 초과하는 경우 전원 차단 신호를 출력해 줌으로써,
    상기 보정 전류원으로부터 인가되는 전류의 조절을 통하여 전원 전류의 트립 설정치를 제어하는 클라이스트론 고전압 전원의 과전류 트립 제어 방법.
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