KR100748383B1

KR100748383B1 - 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100748383B1
Application number: KR1020027001603A
Authority: KR
Inventors: 자드릭이반; 슈네츠카해롤드알; 베버슨그레고리케이
Original assignee: 요크 인터내셔널 코포레이션
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2007-08-10
Also published as: EP1203434A1; TW475995B; JP2003507993A; DE60001962T2; AU6625800A; CA2379957A1; CN1307768C; EP1203434B1; KR20020036839A; CN1361935A; DE60001962D1; JP3793460B2; WO2001013487A1; US6211792B1

Abstract

본 발명은 감전압 작동중, 부하에 전원을 분배하는 고체-상태 제어기의 고장난 단락 사이리스터를 감지하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법 및 시스템은 사이리스터 양단에 인가되는 전압을 감지하여, 미리 설정된 주기동안 사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값 이하가 되면, 고장난 단락 사이리스터로 지시한다.

본 발명에 따른 방법 및 시스템은 사이리스터 양단에 인가되는 전압을 감지하여, 사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값을 초과하면, 고장난 개방 사이리스터로 지시한다.

사이리스터, 감지, 방법, 장치, 고체-상태 제어기, 감전압, 풀전압

Description

고장난 사이리스터를 검출하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for detecting a failed thyrister}

본 발명은 고장난 사이리스터의 검출(detecting)에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 고체-상태(solid-state)의 모터 시동부(starter)나 제어기의 감소된 전압을 통하여, 고장난(failed) 사이리스터를 검출하기 위한 것이다.

전기 모터는 종종 '정류기에 의해 제어되는 실리콘("SCRs":silicon controlled rectifiers)"으로도 알려져 있는 "사이리스터(thyristor)"를 모터 제어 회로의 한 부분으로서 사용한다.

사이리스터는 3개의 터미널 즉 게이트, 애노드, 캐소드를 가진 스위치 가능한(switchable) 다이오드로 생각할 수 있다.

만약 브레이크다운 전압(breakdown voltage)보다 작은 공급전압이 사이리스터의 애노드와 캐소드 양단에 인가된다면 게이트에 "트리거(trigger)" 전류 또는 전압(트리거 신호)은 인가되지 않고 사이리스터는 오프(off)된다. 즉 어떠한 전류도 애노드에서 캐소드로 흐르지 않게 된다.

만약 트리거신호(trigger signal)가 게이트에 인가된다면, 사이리스터의 애노드와 캐소드 양단간의 전압은 공급전압에 비하여 매우 낮은 값으로 떨어지게 될 것이고 사이리스터는 "온(on)"된다. 즉, 사이리스터를 통하여 애노드에서 캐소드로 전류가 흐르게 된다.

일단, 온 되면 사이리스터는 사이리스터를 통하여 보지 전류(holding current) 이상을 유지하는 전류의 제공을 받으며, 게이트의 트리거 신호와는 상관없이 온 된 상태를 유지한다.

사이리스터가 오프로 바뀐다면 애노드에서 캐소드로의 전류는 이 소자(device)의 보지전류보다 낮은 레벨로 떨어질 것이다.

당해 분야에 잘 알려진 바와 같이, 고체상태(solid state)의 시동기 또는 제어기는 모터가 시동되는 동안 전원공급기로부터 모터에 흐르는 전기 전류(electric current)의 흐름을 제어한다.

이러한 시동기는 모터에 분배되는 전류를 점진적으로 증가시키는 사이리스터 스위치를 가지고 있다.

사이리스터 스위치를 사용하면, 시동기는 사이리스터가 도통되어 흐르는 전류의 시간주기를 조정할 수 있다. 다시 말하면, 시동기는 전원공급기로부터 전류가 모터로 분배될 때 제어한다. 시동되는 동안 모터에 제공되는 전류를 제어함으로써, 모터는 서서히 최고(full) 동작 속도로 끌어올려진다.

전기 모터가 상기 시동기 없이 시동된다면, 일반적으로 정상 전류, 즉 모터가 최대 동작 속도에 한 번 도달될 정도의 전류보다 6배 정도가 되는 과도한 전류 가 모터에 의하여 흐르게 된다.

이렇게 큰 전류의 유입은 빛이 희미해지거나 점멸되는 현상, 그리고 주변설비의 장애를 일으키게 되는 전원 분배 시스템의 전압 강하를 유발시킬 수 있다.

게다가 모터 토크의 급속한 상승, 펄스를 유발시킬 수 있는데, 이는 모터나 이와 연관된 모든 장치의 기계적인 부품에 부작용을 줄 수 있다.

시동기에서의 사이리스터의 고장 또한 잘못된(poor) 모터 동작을 유발시킬 수 있다. 사이리스터 고장은 일반적으로 균형적이지 않은 전원 공급 상태를 야기시키고, 모터에 의해 구동되는 기계적 결합 장치와 기어에 손상을 주는 큰 토크 펄스을 가져온다.

그러므로 모터가 동작하는 동안 고장난 사이리스터를 검출(detecting)할 수 있는 것이 필요하다.

본 발명에 따른 방법과 시스템은 감 전압(reduced voltage) 동작 중 부하에 전원을 분배시키는 고체 상태의 제어기에서 고장난 단락(short) 사이리스터를 검출하는 것이다. 본 발명에 따른 방법은 사이리스터 양단간의 전압을 검출하고, 미리 설정된 시간 주기동안 사이리스터 양단간 전압의 절대값이 임계값 이하로 유지될 때 고장난 단락 사이리스터를 지시하는 것이다. 본 발명에 따른 시스템은 사이리스터 양단간의 전압을 검출하기 위한 저항, 커패시터, 발광 다이오드로 구성된 전압 검출 회로.그리고 전압 검출 회로와 광학적으로 결합되어, 사이리스터 양단간 전압의 절대값이 임계값을 초과했을 때 고장난 단락 사이리스터를 나타내기 위한 마이크로프로세서로 구성된다.

본 발명에 따른 방법과 시스템은 풀(full)-전압 동작 중 고체 상태(solid state)의 제어기에서의 고장난 오픈(open) 사이리스터를 검출하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 사이리스터 양단에 인가되는 전압을 검출하고, 사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값을 초과할 때 고장난 오픈 사이리스터를 지시하는 것이다.

본 발명에 따른 시스템은 사이리스터 양단에 인가되는 전압을 검출하기 위한 저항, 커패시터, 발광 다이오드; 그리고 전압 검출 회로와 광학적으로 결합되어, 미리 설정된 시간 주기 동안 사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값을 초과할 때 고장난 오픈 사이리스터를 지시하는 마이크로프로세서로 구성된다.

발명의 요약과 이하의 발명의 상세한 설명은 본 발명의 청구 범위에 한정되지 않는다. 각 실시예와 설명은 다른 이들로 하여금 발명을 실시하게 할 수 있다. 발명의 상세한 설명의 일부분을 구성하는 첨부도면은 본 발명의 원리를 설명하는 상세한 설명과 함께 발명의 일구현예를 보여준다.

본 명세서에 포함되고 일부분을 구성하는 첨부도면은 본 발명의 구현예들을 나타내고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 본질을 설명하게 해준다.

도 1은 본 발명에 따른 고체 상태의 시동기 또는 제어기와 함께, 부하를 위 한 3상 교류 전류 전원공급기를 구성하는 회로의 기본도이고;

도 2는 일반적인 경우와 고장난 상태에서 도 1의 사이리스터 한 쌍(104)의 양단에 인가되는 전압과 사이리스터 쌍(104)에 흐르는 전류 그리고 전원공급기(112)의 출력 전압을 나타내는 파형도이고;

도 3은 컴퓨터의 블록도이며, 도 1의 첫 번째의 고장 검출기와 병렬로 연결된 사이리스터 쌍(104)의 더 자세한 회로 구성도이며;

도 4는 본 발명에 따른 한 사이리스터 쌍 안의 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 과정(process)의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 구현예를 첨부한 도면을 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 고체상태의 시동기와 제어기와 함께 부하(102)를 위한 3상 교류전류 전원공급기(112)를 구성하는 회로의 기본도이다.

부하(102)는 냉각 시스템의 여러 구성요소를 구동하는 3상 모터로 구성된다.

냉각 시스템은 압축기, 콘덴서(condenser), 열교환기 그리고 이베퍼레이터(evaporator)로 구성될 수 있다.

위에서 언급했다시피, 시동되거나 가속되는 동안 시동기(150)가 부하(102)에 제공되는 전류를 감소시킨다는 것은 잘 알려져 있다.

3상 교류전류 전원공급기(112)는 첫 번째 전원공급라인(130), 두 번째 전원공급라인(132), 그리고 세 번째 전원공급라인(136)을 경유로 부하(102)에 전류를 공급한다. 각 라인은 교류전류를 전송하지만 서로 다른 위상을 가지고 있다.

라인(130)은 첫 번째의 사이리스터(142)와 두 번째 사이리스터(144)로 구성된 첫 번째의 사이리스터 쌍(104)과 접속된다. 사이리스터(142)와 사이리스터(144)는 "백-투-백(back-to-back)"으로 연결되어 있는데, 즉 사이리스터(142)의 애노드가 사이리스터(144)의 캐소드와 연결되어 있으며, 역의 경우도 같다.

라인(130)과 마찬가지로, 라인(132)은 두 번째의 백-투-백 사이리스터 쌍(106)과 접속되어 있으며, 라인(136)은 세 번째의 백-투-백 사이리스터 쌍(108)과 접속되어 있다.

사이리스터 쌍(104),(106),(108)의 타이밍(timing)과 트리거링(triggering)을 위한 제어 회로부(control circuitry)는 당업자에게 잘 알려져 있기 때문에 설명하지 않겠다.

저항(152)과 커패시터(154)는 직렬로 연결되어 있으며, 사이리스터 쌍(104)과는 병렬로 연결되어 있다. 저항(152)과 커패시터(154)는 사이리스터 쌍(104) 양단의 전압 변화의 높은 비율을 저지시키기 위한 첫번째의 "스너버 네트워크(snubber network)"를 제공한다.

마찬가지로 저항(156)과 커패시터(158)는 사이리스터 쌍(106)를 위한 두 번째 스너버 네트워크를 제공한다. 또한 저항(160)과 커패시터(164)는 사이리스터 쌍(108)을 위한 세 번째 스너버 네트워크를 제공한다.

본 발명에 따른 시스템 안에서, 첫 번째 고장 검출기(110)는 첫 번째 사이리스터 쌍(104)과 병렬로 연결되고, 두 번째 고장 검출기(114)는 두 번째 사이리스터 쌍(106)과 병렬로 연결되어 있고, 세 번째 고장 검출기(116)는 세 번째 사이리스터 쌍(108)과 병렬로 연결되어 있다. 각각의 검출기(110), (114), (116)는 사이리스터 쌍(104), (106) ,(108)안에서의 고장을 각각 검출한다.

도 3은 도 1에서의 첫 번째 고장 검출기(110)와 병렬로 연결된 사이리스터 쌍(104)의 더 자세한 회로도이다.

본 발명에 따른 시스템에서 첫 번째 고장 검출기(110)는 커패시터(320), 저항(314)과 직렬로 연결된 쌍방향성 광결합기(bidirectional photo-coupler)(310)로 구성된다.

쌍방향성 광결합기(310)는 백-투-백 구성으로 배열된 발광 다이오드 쌍(316),(318)과 광학적으로 민감한(optically-sensitive) 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT: bipolar junction transistor)(308)를 포함한다.

트랜지스터(308)의 에미터는 마이크로프로세서(326)의 입력단자에 접속되어 있다. 풀-다운(full-down) 저항(306)은 접지(ground)와 트랜지스터(308)의 에미터 사이에 연결되어 있다. 트랜지스터(308)의 콜렉터는 별개의 전원공급기 B+와 연결되어 있다.

또한 도 3은 본 발명에 따른 방법과 시스템과 같이 사용하기에 적절한 컴퓨터(332)로 구성된 데이터 수행 시스템을 묘사하고 있다.

컴퓨터(332)는 마이크로프로세서(326), 메모리(334), 그리고 2차적 저장장치(secondary storage device)(330)를 포함한다.

메모리(334)와 2차적 저장장치(330)는 애플리케이션(application)(328)과 같 은 응용 프로그램과 실행에 필요한 데이터를 저장할 수 있고, 마이크로프로세서(326)에 의해 사용될 수 있다.

고장 검출회로(110)의 동작은 첫 번째로 사이리스터 쌍(104)에 흐르는 전류 Ia가 0이 아닐 때 와 두 번째 전류 Ia가 0일때로 구분된다.

처음의 경우에, 즉 전류 Ia가 0이 아닐 때, 사이리스터(142) 또는 사이리스터(144)는 도통되고 사이리스터 쌍(104) 양단에 인가되는 전압 Vad는 순방향(forward)으로 전압 강하되어 결국 이론상 0이 된다.

이 경우에 전압 Vad는 검출기(110)에 전류를 흐르게 하기에는 불충분하여 발광다이오드(LED)쌍(316),(318)은 점등(322)되지 않는다. 그 결과, 광학적으로 연결된 트랜지스터(308)는 턴 온(turn on)되지 않으며, 트랜지스터(308)는 마이크로프로세서(326)에 로직 로우(logic low)를 출력한다.

사이리스터(142),(144)중의 하나가 트리거 또는 적절히 도통되거나, 사이리스터 (142),(144)중 하나가 단락 된다면 전류 Ia는 0이 아니다.

두 번째 경우에, 즉 전류 Ia가 0일 때, 사이리스터(142),(144)가 모두 도통되지 않고, 사이리스터 쌍(104) 사이의 전압은 첫 번째 경우와 달리 이론상 0이 되지 않는다.

만약 로드(102)가 3상 모터라면, 사이리스터 쌍(104)사이의 전압 Vad는 a점에서의 전원공급기(112)에 의하여 공급된 전압과 모터의 회전에 의해 제공된 모터의 역기전력(back EMF:back electomotive voltage)의 차만큼 전압이 인가된다.

입력 전압 공급기(112)가 a점에서의 교류(AC) 소스(source)를 제공하기 때문 에 사이리스터(104)사이의 전압 Vad는 매 사이클마다 2회씩 0보다 현저히 커진다.

0이 아닌 전압 Vad는 첫 번째 고장 탐지기(110)에 전류의 흐름을 유발시킨다. 즉 저항(314), 커패시터(320), 그리고 발광 다이오드(316),(318) 사이로 전류가 흐르게 된다.

검출기(110)에 전류가 흐를 때, 발광다이오드 쌍(316),(318) 중의 하나가 도통되어 점등(322) 된다. 광선(light ray)(322)은 도통된 트랜지스터(308)의 베이스를 포화시켜(saturate), 마이크로프로세서(326)에 로직 하이(logic high)를 출력(output)한다.

교류 전원공급기(112)에 의하여, 두 개의 로직은 매 사이클마다 점 a에서 전압 펄스를 발생하게 된다.

커패시터(320)는 저항(314)에 비하여 높은 임피던스를 가지고 있고, 이는 발광다이오드 쌍(316),(318)과 저항(314) 그리고 커패시터(320)에 흐르는 전류를 제한한다.

그러므로 커패시터(320)의 존재는 고장 검출기(110)를 통해 흐르는 바람직하지 못한 큰 양의 전류를 작게 함으로서 저항(314)에 분배되는 전원 비율을 작게 한다.

두 번째 고장 검출기(114), 그리고 세 번째 고장 검출기(116)은 첫 번째 고장 검출기 회로(110)와 비슷하게 동작한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 마이크로프로세서(326)는 어떤 사이리스터(142)-(147)가 고장났을 때 검출하기 위한 고장 검출 회로(110),(114),(116)로부터 로직펄스를 분석한다.

모터가 정상상태속도에 있을 때 개방된 사이리스터의 고장 검출

3상 전원공급기(112)는 라인 (130),(132),(136)에 양의 반 사이클(positive half cycles)과 음의 반 사이클(negative half cycles)을 가지는, 위상(phase angle)이 각각 다른 사인파형(sinusoidal) 전압을 출력한다.

도 2는 도 1에서의 3상 전원공급기(112)에 의한 라인(130), (132)사이의 전압 Vab와 라인(130)과 접지 사이의 전압 Van을 나타내는 파형도이다.

파형(201)는 도 1의 점 a와 점 b사이인, 라인 (130),(132)사이의 라인-투-라인(lire-to-line) 전압 Vab를 나타낸다. 파형(203)은 라인(130)과 접지사이의 라인-투-중성점(line-to-neutral) 전압 Van을 나타낸다.

점 a에서의 라인(130)에 걸리는 전압은 점b에서의 라인(132)에 걸리는 전압을 120도 위상차로 리드(lead)하고, 점 b에서의 전압은 점 c에서의 라인(136)에 걸리는 전압을 리드한다.(a-b-c 회전)(a-b-c rotation)

만약 부하(102)가 정상상태속도로 동작하는 모터라면, 시동부(150)는 전체 전류를 전원공급기(112)에서 모터로 분배한다. 만약 전압 Vab가 양의 반 사이클이라면 사이리스터(144)는 30도 늦게 트리거되며(a-b-c 회전), 부하 전압 Vde는 전압 Vab의 양의 반 사이클을 따른다.

전압 Vab가 음의 반 사이클에 있다면, 사이리스터(142)는 30도 늦게 트리거되며(a-b-c 회전), 부하 전압 Vde는 전압 Vab의 음의 반 사이클을 따른다. 사이리스터 쌍(106),(108)도 유사하게 동작한다.

정상동작 지속 중 정상 상태 속도로, 사이리스터(142),(144)중 하나는 항상 도통되고, 결과적으로 사이리스터 쌍(104)사이에 인가되는 전압 Vad는 이론상 0을 유지하게 된다.

만약 사이리스터(142),(144)중 어느 하나가 고장나 개방되면 사이리스터 쌍(104)사이에 인가되는 전압 Vad의 절대값은 입력 전압 Van의 각 사이클마다 몇 개의 지점에서 0보다 현저히 커지게 되어, 전압 Vad는 펄스를 발생하게 된다.

전압 Vad의 펄스는 마이크로프로세서(326)에 입력되는 로직 펄스를 유발시킨다. 애플리케이션(328)의 지시 하에 있는 마이크로프로세서(326)는 하나 그 이상의 펄스를 검출하고 사이리스터 쌍(104)에 있는 하나의 개방 사이리스터 고장 신호를 발생시킨다.

정상상태에서 모터가 동작하는 동안, 본 발명에 따른 방법과 시스템은 사이리스터 사이의 전압을 검출하고, 미리 설정된 시간 주기 동안 사이리스터 양단의 전압이 임계값이하로 유지되지 않을 때 개방 사이리스터의 고장을 표시한다.

그러므로 정상 모터가 정상상태에서 동작하고 있을 때, 전류 Ia는 절대 불연속하지 않기 때문에 고장검출기(110)를 통하여 어떠한 전류도 흐르지 않는다. 그러므로 발광 다이오드 쌍(316),(318)은 점등되지 않으며, 마이크로프로세서(326)는 정상 동작 시 어떠한 로직 펄스도 받지 않게 된다.

본 발명에 따른 방법과 시스템에서, 사이리스터 쌍(104)에 인가되는 전압 Vad의 정확한 값을 알 필요는 없다. 다만 전압 Vad가 0 볼트(V) 근처에서 계속적으로 유지되는 가, 아니면 임계전압 보다 높은 전압에서 펄스가 발생되는가가 중요하다.

마이크로프로세서(326)는 광결합기(310)에 의해 발생되는 전압의 평균값를 측정하기 위하여, 응용 프로그램(328)으로 구현된 디지털 필터를 사용할 수 있다. 만약 평균값이 주어진 임계치를 넘어 올라간다면, 사이리스터 쌍(104)의 개방 사이리스터 신호가 발생된다.

고장 검출기(114),(116)는 사이리스터 쌍(106),(108) 각각의 고장을 검출하는데 있어서, 고장검출기(110)와 비슷하게 동작한다. 그리고 마이크로프로세서(326)는 모터의 정상상태에서의 개방 사이리스터 고장을 검출하기 위한 고장검출기(114),(116)와 연결된다.

모터가 가속(acceleration)될 때 단락 된 사이리스터 고장 검출

그러나 만약 부하(102)가 시동 중에 가속되고 있는 모터라면, 사이리스터(142),(144)는 모터로 분배되는 전류를 제어하기 위한 지연된 방식으로 트리거 된다.

다시 말하자면, 제 2도에서 파형(202),(204)은 사이리스터 쌍(104)이 부하(102)를 저항으로 취급하여, 부하(102)에 분배되는 전류를 감소시키기 위하여, 위상α만큼 지연된 방식으로 트리거 되는 동안 라인(130)을 통해 흐르는 전류 Ia를 나타낸다.

파형(206),(208)은 사이리스터 쌍이 위상α만큼 지연된 방식으로 트리거 되는 동안 사이리스터 쌍(104) 사이의 전압을 나타낸다. 파형(202),(206)은 정상 동작을 나타내며, 파형(204),(208)은 단락된 사이리스터 고장 시 동작을 나타낸다.

전압 Van이 양의 반 사이클이고 사이리스터(144)가 위상α인 동안 파이어(fired)되지 않았을 때, 그때의 전류 Ia는 파형(202)의 (212)부분에 의해 보여지는 바와 같이 0으로 유지된다.

사이리스터(144)가 위상α뒤에 파이어(fired)될 때는 사이리스터(144)는 도통되고, 전류 Ia는 파형(202)의 하부 영역(area)(220)에 의해 보여지는 바와 같이 증가된다.

Van이 음의 반 사이클이고, 사이리스터가 위상 α동안 파이어(fired)되지 않았을 때, 파형(202)의 부분(portion)(214)에서 보는 바와 같이 전류 Ia는 0이 된다.

사이리스터(142)가 위상 α로 파이어(fired)되었을 때, 사이리스터(142)는 도통되고 전류 Ia는 파형(202)의 하부 영역(210)에서 보는 바와 같이 감소된다.

위상 α로 지연되는 동안, 사이리스터 쌍(104)에 걸리는 전압 Vad는 부하(102)가 저항(registive)이라고 본다면 전압 Van과 같아진다. 부하(102)가 3상모터라면, Vad는 위상 α로 지연되는 동안 전압 Van 에서 모터의 역 기전력(back EMF: back electromotive force)을 뺀 만큼의 값과 같아진다.

도 2에서, 파형(204)은 사이리스터 쌍(104)이 부하에 흐르는 전류를 감소시키기 위하여 위상 α만큼 지연된 방식으로 트리거 되는 동안 사이리스터(142)가 단락 되어 고장났을 때의 전류 Ia를 나타낸다.

파형(208)은 사이리스터 쌍(104)이 부하(102)에 흐르는 전류를 감소시키기 위하여 위상 α만큼 지연된 방식으로 트리거 되는 동안 사이리스터(142)가 단락 되어 고장났을 때, 사이리스터 쌍(104)에 걸리는 저압 Vad를 나타낸다.

Van이 양의 반 사이클에 있을 때, 곡선(204)의 하부 영역(216)에서 보는 바와 같이 사이리스터(142),(144)중 어느 하나가 트리거 되는지의 여부에 관계없이 전류 Ia는 0이 아니고 양수이다.

비슷하게, Van이 음의 반 사이클에 있을 때, 파형(204)의 하부 영역(218)에서 보는 바와 같이, 사이리스터 (142),(144) 중 어느 하나가 트리거 되는지의 여부에 관계없이 전류 Ia가 0이 아니고 음수이다.

사이리스터 쌍(104)에 인가되는 전압 Vad는 단락 된 사이리스터(144)에 의하여 파형(208)에 의해 보는 바와 같이 항상 0이 되게 된다.

위에서 본 바와 같이, 모터가 가속될 때, 사이리스터 쌍(104)은 큰 위상 α로 적절히 동작하고, 전류 Ia는 불연속이 된다.

다른 말로는, 전류 Ia는 극(polarity)이 바뀌기 전의 시간의 한 부분(a portion of time)에서 순간적으로 0이 된다. 파형 (201)-(208)은 부하(102)가 저항(resistive)일 때의 파형이라는 것이 중요하다.

저항(resistive) 부하는 설명을 명확히 하기 위하여 선택된 것이다. 만약 부하(102)가 모터라면, 파형이 똑 같지는 않을 것이나, 비슷할 것이며, 본 발명의 동작은 변하지 않을 것이다.

따라서 모터가 가속될 때, 발광다이오드 쌍(316),(318)은 전원공급기(112)로부터 공급되는 입력 전류의 매 풀(full) 사이클마다 2번씩 광선 펄스(light pulse)(322)을 발산할 것이다.

그러므로, 모터가 가속되는 동안, 사이리스터(142),(144)가 적절히 동작한다 면 마이크로프로세서(326)는 입력 라인(130)을 통해 전원공급기(112)의 매 사이클마다 두 개의 로직 펄스를 받을 것이다.

만약 부하(102)가 모터라면, 모터가 가속되는 동안 사이리스터 쌍(104)에 걸리는 전압은 펄스를 발생할(pulsate) 것이다. 즉, 사이리스터 쌍(104)이 도통되었을 때 0이 되고, 도통되지 않았을 때 0이 아니게 된다.

그러나 사이리스터 쌍(142),(144) 중 하나가 단락 되어 고장났을 때, 그 펄싱(pulsing)은 소멸되고 회로의 아웃풋(output)은 사이리스터 (142),(144) 중 어느 하나의 사이리스터가 단락 되었음을 나타내며, 이론상 0이 된다.

그러므로 본 발명에 따른 방법과 시스템은 사이리스터 쌍(104)에 인가되는 전압을 검출한다. 본 발명에 따른 방법과 시스템은 시동되는 동안 마이크로프로세서(326)가 사이리스터 쌍에 걸리는 전압이 하나의 시간 주기동안 펄스를 발생하지 않는 것을 판단하였을 때, 단락 된 사이리스터를 나타낸다.

본 발명에 따른 방법과 시스템은 모터가 시동되는 동안 사이리스터에 걸리는 전압이 한 시간 주기 동안 임계전압 이하로 유지될 때, 고장난 단락 사이리스터 임을 나타낸다. 시간의 주기는 다른 값들 중에 한 사이클이나 반 사이클이 될 것이다.

펄스의 지속은 위상 α의 지연 작용이다. 마이크로프로세서(326)는 광 결합기(310)에 의해 발생되는 전압의 평균값을 측정하기 위하여 응용 프로그램(328)으로 구현된 디지털 필터를 이용한다. 만약 평균값이 주어진 임계값이하로 떨어지면, 사이리스터 쌍(104)을 위한 단락 된 사이리스터 지시의 신호가 발생된다.

고장 검출기(114),(116)는 고장 검출기(110)와 비슷하게 사이리스터 쌍(106),(108)의 고장을 각각 검출한다. 비슷하게, 마이크로프로세서(326)는 모터가 가속되는 동안 단락 사이리스터 고장을 검출하기 위한 고장검출기(114),(116)에 연결되어 있다.

모터가 시동되기 전에 단락 된 사이리스터의 고장 검출

만약 부하(102)가 모터라면, 모터가 시동되기 전에는 모터는 꺼진 상태, 즉 어떤 사이리스터도 턴 온(turn on)되지 않는다. 모터는 시동부(150)로부터 세 개의 공급 라인(130),(132),(136) 사이의 각각 낮은 임피던스처럼 행동한다.

첫 번째 스너버 네트워크의 임피던스는 고장검출기(110)의 임피던스보다 매우 작지만, 첫 번째 스너버 네트워크의 임피던스는 정지했을 때 모터의 임피던스보다는 매우 커진다.

그러므로 모터가 시동되기 전에, 고장검출기(110)에 걸리는 전압 Vad는 사인파형(sinusoidal)이고, 전압 Van을 루트3(√3)으로 나눈 값과 같아진다. 또한 발광 다이오드 쌍(316),(318)중 하나가 도통되고 트랜지스터(308)는 로직 하이를 산출(output)한다.

그러나 만약 사이리스터(142),(144) 중 하나가 단락 되어 고장나면, 전압 Vad는 이론상 0이 되고 트랜지스터(308)는 로직 로우를 산출한다. 사이리스터 쌍(106),(108)을 위한 사이리스터 고장 검출기도 이와 비슷하게 동작한다.

본 발명에 따른 방법과 시스템은 사이리스터 쌍(104)사이에 인가되는 전압 Vad를 검출한다.

만약 전압 Vad가 Van에 비하여 계속적으로 작다면, 단락 된 사이리스터 신호가 발생 된다.

비슷하게 본 발명에 따른 방법과 시스템은 모터가 시동되기 전에 사이리스터 (145)-(148)가 단락 되어 고장 났는지의 여부를 검출하기 위하여 사이리스터 쌍(106)에 인가되는 전압 Vbe와 사이리스터 쌍(108)에 인가되는 전압 Vcf를 검출한다.

도 4는, 사이리스터 쌍(104)안의 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 과정(400)을 그린 본 발명의 흐름도 이다. 도 3에서 메모리(memory)(334)는 과정(process)(400)을 구현하기 위한 애플리케이션(328)을 저장한다.

첫 번째로 본 발명에 따른 시스템과 방법은 모터가 정상상태에 있는지(단계 402)의 여부를 결정한다. 만약 모터가 정상상태에 있다면, 본 발명에 따른 방법과 시스템은 사이리스터 쌍(104)에 인가되는 전압 Vad를 검출하고, 전압 Vad가 펄스를 발생하는지의 여부(단계 406)를 판단할 것이다.

만약 전압이 펄스를 발생하고 있다면, 개방된 사이리스터 고장 신호가 발생된다. 만약 Vad가 펄스를 발생하지 않는다면 고장이 없다는 신호가 발생한다.(단계 410)

본 발명에 따른 시스템과 방법은 모터가 가속되고 있는지의 여부(단계 412)를 결정한다. 만약 모터가 가속되고 있다면, 본 발명에 따른 방법과 시스템은 사이리스터 쌍(104)에 인가되는 전압 Vad(단계 414)을 검출하고 전압 Vad가 펄스를 발생하고 있는지의 여부를 판단(단계 416)할 것이다.

만약 전압이 펄스를 발생하고 있다면, 고장이 없다는 신호가 발생한다. 만약 전압 Vad가 펄스를 발생시키지 않는다면 단락 된 사이리스터 고장 신호가 발생된다.

본 발명에 따른 방법과 시스템에서 모터가 꺼져있는지를 판단한다(단계 422). 만약 모터가 꺼져 있다면, 본발명에 따른 방법과 시스템은 사이리스터 쌍(104)에 인가되는 전압 Vad를 검출하고(step 424), 그것이 0이 아닌지 또는 Van과 비교해서 작은지를 판단한다(단계 426).

만약 전압이 0이 아니라면, 아무런 고장이 없는 것이다. 만약 전압 Vad가 0이 라면, 단락 된 사이리스터 고장이 신호된다(단계 430).

본 발명에 따른 시스템과 방법은 공급 라인(132)에 의한 사이리스터 쌍(106) 양단에 인가되는 전압 Vbe와 사이리스터 쌍(108)의 양단에 인가되는 전압 Vcf를 위한 단계에 적용된다.

본 발명의 범위 또는 정신으로부터 벗어남 없이, 다양한 수정와 변경이 상술한 실시예에 의하여 구성될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 예를들어, 가장 통상적으로 사용되는 제어 정류기가 사이리스터이지만, 어떠한 정류기도 충족시킬 수 있을 것이다.

나아가, 부하가 모터가 아닌 다른 것으로 적용 가능하고; 본 발명에 따른 방법과 시스템에는 어떠한 종류의 부하도 적용 가능하다.

본 발명의 상세한 설명은 본 발명에만 국한되지 않는다. 대신, 각 실시예와 설명은 본 발명을 적절한 다른 방법으로 실시 가능하게 당업자에게 제공될 수 있다. 다음의 특허청구범위는 본 발명의 진정한 범위와 정신을 규정한다.

Claims

감(reduced)전압 동작중, 부하에 전원을 분배하는 고체-상태 제어기의 고장난 단락 사이리스터를 검출하기 위한 장치에 있어서,

사이리스터 양단에 인가되는 전압을 검출하기 위한 저항, 커패시터, 발광 다이오드로 구성되되, 상기 저항, 상기 커패시터 및 상기 발광다이오드는 상기 사이리스터의 양단에 직렬 연결되는 전압 검출 회로; 및

전압 검출회로와 연결되어 미리 정해진 시간의 주기 동안 사이리스터 양단에 걸리는 전압의 절대값이 임계값 이하로 유지될 때, 고장난 단락 사이리스터를 지시하기 위한 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 저항 및 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제한하도록 설정되며, 상기 부하는 모터인 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간 주기는 상기 제어기에 대한 입력 전원의 한 사이클인 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 역극성(reverse polarity)을 가지면서 상기 발광다이오드와 병렬로 연결된 역발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
감전압 동작중, 부하에 전원을 분배하는 고체-상태 제어기의 고장난 단락 사이리스터를 검출하기 위한 방법에 있어서,

저항, 커패시터 및 발광 다이오드로 이루어지되, 상기 커패시터는 상기 저항과 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제한하도록 설정된 전압 검출기를 갖는 사이리스터의 양단에 인가되는 전압의 검출단계와;

미리 설정된 시간 주기 동안, 사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값 이하로 유지될 때, 고장난 단락 사이리스터를 지시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 커패시터, 상기 저항 및 상기 발광 다이오드는 상기 사이리스터의 양단에 직렬로 연결되며, 상기 미리 설정된 시간 주기는 상기 제어기에 대한 입력 전원의 한 사이클인 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 방법.
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풀-전압 동작중, 부하에 전원을 분배하는 고체-상태 제어기의 고장난 개방 사이리스터를 검출하기 위한 장치에 있어서,

사이리스터 양단에 인가되는 전압을 검출하기 위한 저항, 커패시터, 발광 다이오드로 구성되되, 상기 저항, 상기 커패시터 및 상기 발광 다이오드는 상기 사이리스터의 양단에 직렬 연결되는 전압 검출 회로와;

사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값을 초과했을 때, 전압 검출기와 광학적으로 연결된 고장난 개방 사이리스터를 지시하기 위한 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 저항과 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제한하도록 설정되며, 상기 부하는 모터인 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간 주기는 제어기에 대한 입력전원의 한 사이클인 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서, 역극성을 가지면서 상기 발광 다이오드와 병렬로 연결된역발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
풀-전압 동작중, 부하에 전원을 분배하는 고체-상태 제어기의 고장난 개방 사이리스터를 검출하기 위한 방법에 있어서,

저항, 커패시터 및 발광 다이오드로 이루어지되, 상기 커패시터는 상기 저항과 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제한하도록 설정된 전압 검출기를 갖는 사이리스터의 양단에 인가되는 전압을 검출하는 단계와;

사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값을 초과했을 때, 개방 사이리스터 고장을 지시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간 주기는 제어기에 대한 입력 전원의 한 사이클이며, 상기 저항, 상기 커패시터 및 상기 발광 다이오드는 상기 사이리스터의 양단에 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 방법.
풀-전압 동작중, 부하에 전원을 분배하는 고체-상태 제어기의 고장난 개방 사이리스터를 검출하기 위한 장치에 있어서,

저항, 커패시터 및 발광 다이오드로 이루어지되, 상기 커패시터는 상기 저항과 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제한하도록 설정된 전압 검출기를 갖는 사이리스터의 양단에 인가되는 전압을 검출하는 수단과;

사이리스터 양단에 인가되는 전압의 절대값이 임계값를 초과했을 때, 고장난 개방 사이리스터를 지시하는 수단에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 부하는 모터이며, 상기 저항, 상기 커패시터 및 상기 발광다이오드는 상기 사이리스터의 양단에 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고장난 사이리스터를 검출하기 위한 장치.