KR100851603B1 - 고속열차의 정속도 운전장치 - Google Patents

고속열차의 정속도 운전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속열차의 정속도 운전장치에 관한 것으로서, 특히 계전기 동조법에 의해 제어되는 고속열차의 정속도 운전장치에 관한 것이다.
본 발명의 고속열차 정속도 운전장치는, 견인 전동기를 구비하는 추진장치에 의해 견인되는 고속열차에서의 정속도 운전장치로서, 주간제어기, 속도설정기, 역전기, 정속도 제어장치, 신호변환장치, 속도센서, 열차속도신호 변환장치, 및 모터블럭을 구비한다. 모터 블럭은 수개의 추진장치를 구비하며, 각 추진장치는 견인 전동기 (IM) 을 구동한다.
본 발명의 고속열차 정속도 운전장치에 의하면, 고속열차의 속도를 속도센서에 의해 검출한 후, 정속도 제어장치에 의해, 그 속도를 설정속도와 비교하여, 그 차이값 (속도편차) 에 대응하는 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 신호변환장치로 출력하며, 견인 전동기로 하여금 그의 회전을 감소 또는 증가 제어할 수 있다. 따라서, 고속열차를 정속도로 유지할 수 있다.
고속열차, 정속도 운전장치, 토오크, 정속도 제어장치

Description

고속열차의 정속도 운전장치{APPARATUS FOR OPERATING A HIGH SPEED TRAIN IN PRESET VELOCITY}
도 1 은 수동운전 모드로 열차를 운행할 때 주간제어기로부터 인가된 신호를 추진장치 및 제동장치로 신호를 전달하는 경로를 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명에 따른, 열차의 정속도 운전 제어장치를 나타낸 블럭도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 주간제어기 120 : 속도설정기
130 : 역전기 200 : 정속도 제어장치
300 : 신호변환장치 430 : 속도센서
500 : 열차속도신호 변환장치 400 : 모터블럭
410, 420 : 추진장치 IM : 견인 전동기
본 발명은 고속열차의 정속도 운전장치에 관한 것으로서, 특히 계전기 동조법에 의해 제어되는 고속열차의 정속도 운전장치에 관한 것이다.
열차는 정해진 선로를 따라 움직이는 관성체로서, 차량에 설치된 추진장치와 제동장치에 의해 가,감속을 수행하게 된다. 열차가 수동운동모드에 있는 경우, 운전자는 열차의 속도 및 가,감속 정도, 선로의 상태에 따라 역행(Powering), 제동(Braking), 및 타행(Coasting) 의 적절한 조치를 취하면서 운전하게 된다.
그러나, 고속열차와 같이 장거리를 운행하는 열차에서는, 수동에 의한 열차운전은 불필요하게 낭비되는 소비에너지를 줄이고, 운전시격을 극대화하는데에는 더 이상 좋은 방법이 되지 못하고 있다.
도 1 는 수동운전 모드로 열차를 운행할 때 주간제어기로부터 인가된 신호를 추진장치 및 제동장치로 신호를 전달하는 계통도를 나타낸 것이다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 모터블럭은 추진장치와 제동장치로 구성되며, 모터블럭으로 전송되는 신호는 차량의 노이즈에 의한 영향을 최소화하기 위하여, 100Hz의 PWM 펄스신호로 전송된다. 이와 같은 방법은 모터블럭에 인가되는 견인력에 의해 열차를 가,감속할 수는 있으나, 열차를 정속도(일정속도)로 운전할 수 없다는 단점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 고속열차에서 정속도 운전을 제공하는 고속열차의 정속도 운전장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 고속열차의 정속도 운전장치는,
견인 전동기를 구비하는 추진장치에 의해 견인되는 고속열차에서의 정속도 운전장치로서,
정속도 제어장치의 입력에 접속되며, 소정범위 사이에서 설정된 전압값이 속도설정 전압신호로서 정속도 제어장치로 출력되는, 속도설정기;
신호변환장치의 입력에 접속되고, 견인력의 위치에 따라 소정범위 범위의 전압을, 열차를 견인하는 지령치로서, 신호변환장치로 출력하는, 주간제어기;
출력이 추진장치에 접속되어 있으며, 열차의 추진과 제동을 나타내는 디지털 입력신호인 출력신호가 추진장치로 출력하는, 역전기;
추진장치의 견인 전동기에, 설치되며, 출력이 열차속도신호 변환장치에 접속되어 있으며, 차량의 속도를 검출한 후, 열차속도신호 변환장치로 펄스형태로 출력하는, 속도센서;
상기 속도센서와 접속되어, 상기 속도센서로부터의 펄스형태 차량속도를 전압신호로 변환하여 출력하는, 열차속도신호 변환장치;
입력이 속도설정기와 열차속도신호 변환장치와 접속되며, 속도설정기로부터 속도설정 전압신호를, 열차속도 신호변환장치로부터 열차속도 전압신호를 입력받아, 그 입력된 속도설정 전압신호와 열차속도 전압신호를 비교한 후, 그 차이값 (속도편차) 에 대응하는 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 신호변환장치로 출력하는, 정속도 제어장치; 및
상기 정속도 제어장치 및 상기 주간제어기의 출력과 접속되고, 상기 정속도 제어장치로부터 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 입력받아, 그 토오크 지령치를 펄스폭변조신호(PWM; pulse width modulation)로 변환하고, 상 기 주간제어기로부터 열차를 견인하는 지령치를 나타내는 전압신호를 입력받고, 소정의 전압 조건에 따라, 펄스폭 변조신호를 추진장치로 출력함으로써, 열차의 속도를 정속도로 유지하도록 견인 전동기를 구동하는, 신호변환장치를 구비한다.
바람직하기로는, 상기 신호변환장치는, 상기 주간제어기로부터 열차를 견인하는 지령치를 나타내는 전압신호(0~10V)를 입력받고, 주기가 10ms(100Hz)인 전압신호에 비례하는 펄스폭 변조신호(0~100%) 를 추진장치로 출력함으로써, 열차의 견인 전동기를 구동한다.
상기 추진장치는, 상기 역전기에 접속되어 있고, 또, 상기 신호변환장치에 접속되어 있으며,
상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 역행(powering) 방향인 조건을 나타낸 전압신호를 상기 신호변환장치에 출력하면, 신호변환장치로부터, 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 추진장치는 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호 만큼 견인 전동기의 회전을 증가시키도록 구동하고,
만일, 상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 제동 (braking) 방향인 조건을 나타내는 전압신호를 출력하면, 신호변환장치로부터, 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 추진장치는 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호 만큼 견인 전동기의 회전을 감소시키도록 구동한 다.
이하, 본 발명의 고속열차의 정속도 운전장치를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 2 은 본 발명에 따른, 고속열차의 정속도 운전장치의 개략 블럭도를 나타낸 것이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속열차 정속도 운전장치는, 주간제어기 (110), 속도설정기 (120), 역전기 (130), 정속도 제어장치 (200), 신호변환장치 (300), 속도센서 (430), 열차속도신호 변환장치 (500), 및 모터블럭 (400) 을 구비한다.
모터 블럭 (400) 은 추진장치 (410 및 420)을 구비하며, 각 추진장치 (410 및 420) 은 견인 전동기 (IM) 을 구동한다.
주간제어기 (110), 속도 설정기 (120), 및 역전기 (130)는, 열차의 운전반 (100) 에 설치되어 있다.
속도설정기 (120) 는 일종의 가변저항기로써 정속도 제어장치의 입력에 접속되며, 속도설정기(120)의 레버를 기관사가 원하는 속도의 눈금으로 조작하여 위치시키면, 0~10V 사이에서 설정된 전압값이 속도설정 전압신호로서 정속도 제어장치로 출력된다.
주간제어기 (110) 는 가변저항기로 구성되며, 신호변환장치의 입력에 접속되어 있다. 이 주간제어기 (110) 는 견인력의 위치에 따라 0~10V의 범위에서 전압 을, 열차를 견인하는 지령치로서, 신호변환장치(300) 로 출력한다.
역전기 (130) 는 전진방향, 후진방향, 중립으로 구성된 3단 스위치이다. 역전기 (130) 의 출력은 모터블럭 (400) 의 추진장치 (410 및 420) 에 접속되어 있으며, 디지털 입력신호인 출력신호 (130a) 가 추진장치 (410 및 420) 로 출력되어, 열차의 추진과 제동이 수행된다.
속도센서 (430) 는 추진장치 (410 및 420) 의 견인 전동기 (440) 에, 일반적으로 열차 진행방향의 맨 처음에 있는 장소에 설치되며, 그 출력이 열차속도신호 변환장치 (500) 에 접속되어 있으며, 차량의 속도를 검출한 후, 열차속도신호 변환장치 (500) 로 펄스형태로 출력한다.
또, 열차속도신호 변환장치 (500) 는 정속도 제어장치 (200) 의 입력과 접속되어 있으며, 펄스형태인 속도센서 (430) 로부터의 차량 속도를 전압신호값으로 변환하여 출력한다.
정속도 제어장치 (200) 는 입력이 속도설정기 (120) 와 열차속도신호 변환장치 (500) 와 접속되며, 속도설정기 (120) 로부터 속도설정 전압신호 (120a) 를, 열차속도 신호변환장치(500)로부터 열차속도 전압신호 (200b) 를 입력받아, 입력된 속도설정 전압신호와 열차속도 전압신호를 비교한 후, 그 차이값 (속도편차) 에 대응하는 토오크 지령치를 신호변환장치 (300) 로 출력한다.
신호변환장치 (300) 는 그 입력이 정속도 제어장치 (200) 및 주간제어기 (110) 의 출력과 접속되고, 그 출력이 추진장치 (410 및 420) 에 접속되어 있다.
신호변환장치 (300) 는 정속도 제어장치 (200) 로부터 속도편차에 따른 토오 크 지령치(전압신호)를 입력받아, 그 토오크 지령치를 펄스폭변조신호(PWM; pulse width modulation)로 변환하며, 상기 주간제어기로부터 열차를 견인하는 지령치를 나타내는 전압신호를 입력받고, 견인전동기의 속도-토오크 특성곡선을 만족하도록 펄스폭 변조신호 (300a) 를 추진장치 (410 및 420) 로 출력한다.
추진장치 (410 및 420) 은 펄스폭 변조신호 (300a) 에 따라, 견인 전동기 (IM) 에 전달하여 구동함으로써, 열차를 정속도로 유지한다.
구체적으로, 상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 역행(powering) 방향인 조건을 나타낸 전압신호를 상기 신호변환장치에 출력하면, 신호변환장치로부터, 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 추진장치는 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호 만큼 견인 전동기의 회전을 증가시키도록 구동하고,
만일, 상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 제동 (braking) 방향인 조건을 나타내는 전압신호를 출력하면, 신호변환장치로부터, 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 추진장치는 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호 만큼 견인 전동기의 회전을 감소시키도록 구동한다.
다음으로, 본 발명에 따른, 고속열차의 정속도 운전장치의 동작과정을 자세 하게 설명한다.
먼저, 속도설정기(120)의 레버를 기관사가 원하는 속도의 눈금으로 조작하여 위치시키면, 0~10V 사이에서 설정된 전압값이 속도설정 전압신호로서 정속도 제어장치로 출력된다.
그러면, 주간제어기 (110) 는 견인력의 위치에 따라 0~10V의 범위에서 전압을, 열차를 견인하는 지령치로서, 신호변환장치(300) 로 출력한다.
그러면, 역전기 (130) 는 전진방향, 후진방향, 중립으로 구성되며, 디지털 입력신호인 출력신호 (130a) 가 추진장치 (410 및 420) 로 출력되어, 열차의 추진과 제동이 수행된다.
그후, 속도센서 (430) 는 차량의 속도를 검출한 후, 열차속도신호 변환장치 (500) 로 펄스형태로 출력한다.
그러면, 열차속도신호 변환장치 (500) 는 펄스형태인 속도센서 (430) 로부터의 차량 속도를 전압신호값으로 변환하여 출력한다.
그러면, 정속도 제어장치 (200) 는 속도설정기 (120) 로부터 속도설정 전압신호 (120a) 를, 열차속도 신호변환장치(500)로부터 열차속도 전압신호 (200b) 를 입력받아, 입력된 속도설정 전압신호와 열차속도 전압신호를 비교한 후, 그 차이값 (속도편차) 에 대응하는 토오크 지령치를 신호변환장치 (300) 로 출력한다.
그러면, 신호변환장치 (300) 는 정속도 제어장치 (200) 로부터 속도편차에 따른 토오크 지령치(전압신호)를 입력받아, 그 토오크 지령치를 펄스폭변조신호(PWM; pulse width modulation)로 변환하며, 상기 주간제어기로부터 열차를 견인 하는 지령치를 나타내는 전압신호를 입력받고, 견인전동기의 속도-토오크 특성곡선을 만족하도록 펄스폭 변조신호 (300a) 를 추진장치 (410 및 420) 로 출력한다.
그러면, 추진장치에서, 상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 역행(powering) 방향인 조건을 나타낸 전압신호를 상기 신호변환장치에 출력하면, 신호변환장치로부터, 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 추진장치는 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호 만큼 견인 전동기의 회전을 증가시키도록 구동하고,
만일, 상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 제동 (braking) 방향인 조건을 나타내는 전압신호를 출력하면, 신호변환장치로부터, 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 추진장치는 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호 만큼 견인 전동기의 회전을 감소시키도록 구동한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고속열차 정속도 운전장치에 의하면, 고속열차의 속도를 속도센서에 의해 검출한 후, 정속도 제어장치에 의해, 그 속도를 설정속도와 비교하여, 그 차이값 (속도편차) 에 대응하는 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 신호변환장치로 출력하며, 견인 전동기로 하여금 그의 회전을 감소 또는 증가 제어할 수 있다. 따라서, 고속열차를 정속도로 유지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 견인 전동기를 구비한 추진장치에 의해 견인되는 고속열차에서 정속도 운전장치로서,
    소정범위 사이에서 설정된 전압값을 속도설정 전압신호로서 정속도 제어장치로 출력하는 속도설정기;
    견인력에 따라 소정범위 내의 전압을 열차를 견인하는 지령치로서 제 1 신호변환장치로 출력하는 주간제어기;
    열차의 추진과 제동을 나타내는 디지털 신호를 상기 추진장치로 출력하는 역전기;
    상기 견인 전동기에 설치되고, 차량의 속도를 검출하여 펄스형태로 출력하는 속도센서;
    상기 속도센서로부터 출력된 펄스형태 차량속도를 전압신호로 변환하여 출력하는 열차속도신호 변환장치;
    상기 속도설정기로부터 출력된 속도설정 전압신호와 상기 열차속도 신호변환장치로부터 출력된 열차속도 전압신호를 비교하여 그 차이값인 속도편차에 대응하는 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 제 1 신호변환장치로 출력하는 정속도 제어장치;
    상기 정속도 제어장치로부터 출력된 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 펄스폭변조신호로 변환하고, 상기 주간제어기로부터 출력된 열차를 견인하는 지령치를 나타내는 전압신호를 입력받으며, 상기 견인전동기의 속도-토오크 특성곡선을 만족하도록 펄스폭 변조신호를 상기 추진장치로 출력하여, 열차의 속도를 정속도로 유지하도록 상기 견인 전동기를 구동하는 제 1 신호변환장치를 포함하고,
    상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 역행(powering) 방향인 조건을 나타낸 전압신호를 상기 제 1 신호변환장치에 출력하면, 상기 제 1 신호변환장치는 상기 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치로 출력하고, 상기 추진장치는 상기 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호만큼 상기 견인 전동기의 회전을 증가시키도록 구동하며;
    상기 역전기가 전진방향(F)에 위치함을 나타내는 전압신호를 상기 추진장치에 출력하고, 상기 주간제어기가 제동(braking) 방향인 조건을 나타내는 전압신호를 상기 제 1 신호변환장치에 출력하면, 상기 제 1 신호변환장치는 상기 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호를 상기 추진장치로 출력하고, 상기 추진장치는 상기 속도편차에 따른 토오크 지령치를 나타내는 전압신호만큼 상기 견인 전동기의 회전을 감소시키도록 구동하는 것을 특징으로 하는 고속열차의 정속도 운전장치.
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