KR100896678B1 - 철도차량의 공기압축모터제어장치 - Google Patents

철도차량의 공기압축모터제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 공기압축모터제어장치로서, CMN이 차단되더라도 공기압축모터에 전원이 자동으로 공급될 수 있도록 하여 철도차량의 운영 효율을 높일 수 있는 공기압축모터제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철도차량의 공기압축모터제어장치(Compressor Motor Starting Box:CMSB)로서, 3상전원공급단자에 연결되어 정상시 여자되어 3상전기를 통과시키지만 일정 이상의 대전류가 공급되면 자동으로 차단되는 공기압축모터전원차단기(Compressor Motor No Fuse Breaker:CMN)와, 상기 공기압축모터전원차단기와 공기압축모터(Compressor Motor:CM) 사이에 직렬로 연결되어 상기 공기압축모터에 공급되는 3상전기의 크기를 제어함으로써 상기 공기압축모터의 동작을 제어하는 전압주파수가변인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter:VVVF INVERTER)와, 일단이 3상전원공급단자에 연결되어 상기 공기압축모터전원차단기과 병렬로 연결되며 상기 공기압축모터전원차단기가 차단되면 여자되고, 상기 공기압축모터전원차단기가 여자되면 차단되는 공기압축모터전원지연차단기(Compressor Motor Delay No Fuse Breaker:CMDN)와, 상기 공기압축기전원지연차단기와 상기 공기압축모터 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 3상전기의 공급을 인위적으로 차단할 수 있는 공기압축모터 직입기동용 접촉기(By-pass Cinoressor Motor Contactor:BCMC)와, 상기 공기압축모터 직입기동용 접촉기와 직렬로 연결되어 있으며, 전류량을 측정하는 전류측정장치와, 상기 전류측정장치와 병렬로 연결되어 있 으며, 3상전기의 공급을 차단할 수 있는 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기(By-pass Cinoressor Motor Reactor Contactor:BCRMC)와, 상기 전류측정장치로부터 전류량을 전송받아 분석하여 기준 이상의 대전류가 일정 시간이 지난 후에도 계속 공급되면 상기 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기가 차단되도록 하는 대전류차단제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
공기압축모터, 콤프레셔, 모터, 3상전기

Description

철도차량의 공기압축모터제어장치 { COMPRESSOR MOTOR STARTING BOX OF TRAIN }
본 발명은 철도차량의 공기압축모터제어장치로서, 보다 구체적으로는 압축공기공급장치(COMPRESSOR)에서 공기를 압축하는 공기압축모터(Compressor Motor)에 공급되는 전원을 제어하여 상기 공기압축모터의 동작을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축공기공급장치(Compressor)는 공기압축모터를 사용하여 기체를 압축시켜 탱크에 저장하고 탱크에 저장된 고압의 공기를 공압용기기에 공급하는 장치를 말한다.
철도차량에 사용되는 공압용기기들에 공압을 제공하는 압축공기공급장치는 보조전원장치(Static Inverter Var Compensation:SIV)로부터 3상전기를 공급받아 공기압축모터를 구동하여 탱크에 공기를 고압으로 저장하게 된다.
또한, 상기 공기압축모터를 처음 기동할때 상기 SIV로부터 공급되는 돌입전류의 충격을 최소화하고, 압축공기공급장치의 탱크에 저장된 공기의 압력에 따라 공기압축모터의 가동을 제어하기 위하여 공기압축모터제어장치(COMPRESSOR MOTOR STARTING BOX:CMSB)가 사용된다.
도2를 통하여 상기 CMSB의 구성을 살펴보면, 상기 SIV(미도시)와 연결되어 3상전기를 공급받으며 CMSB로 과전류가 공급될때 자동차단되는 공기압축모터전원차단기(Compressor Motor No Fuse Breaker:CMN)(210)와 상기 CMN(210)을 통해 공급된 3상전기의 크기를 제어하여 공기압축모터(230)로 공급하는 전압주파수가변인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter:VVVF INVERTER)(220)와 상기 CMN(210)과 상기 VVVF INVERTER(220) 사이에 일단이 연결되고 타단이 공기압축모터(230)로 연결되어 상기 VVVF INVERTER(220)와 병렬로 설치된 공기압축모터 직입기동용 접촉기(By-pass Compressor Motor Contactor:BCMC)(240)와, 상기 BCMC(240)와 공기압축모터(230) 사이에 직렬로 설치되어 전류량을 측정하는 전류측정장치(270)와, 상기 BCMC(240)와 공기압축모터(230) 사이에 설치되며 상기 전류측정장치(270)와 병렬로 연결된 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기(By-pass CM Reactor Contactor:BCMRC)(240)와, 상기 전류측정장치(270)로부터 전류량을 전송받아 분석하여 기준 이상의 대전류가 일정시간이 지난 후에도 계속 공급되면 상기 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기(250)가 차단되도록 하는 대전류차단제어부(280)로 구성되어 있다.
또한, 상기 VVVF INVERTER(220)는 상기 CMN(210)을 통해 공급된 3상전기를 제어가 쉬운 직류전기로 변환하는 정류기인 브리지다이오드(Bridge Diode)(221)와, 상기 브리지다이오드(221)를 통해 공급받은 직류전기의 전류량을 제어하여 직류전기의 크기를 제어하는 전압주파수가변제어부(222)와, 상기 전압주파수가변제어 부(222)를 통해 크기가 바뀐 직류전기를 다시 3상전기로 변환하여 상기 공기압축모터(230)에 제공하는 인버터(223)로 구성되어 있다.
상기 도2를 통하여 상기 CMSB의 동작과정을 살펴보면, 상기 SIV를 통해 공급된 3상전기가 상기 CMN(210)을 통해 상기 VVVF INVERTER(220)로 공급된다.
그러면, 상기 브리지다이오드(221)를 통해 상기 3상전기는 직류전기로 변환되고, 상기 직류전기는 상기 전압주파수가변제어부(222)를 통해 전류량이 조절되어 그 크기가 변환되며, 상기 인버터(223)를 통해 다시 3상전기로 바뀌어 상기 공기압축모터(230)로 공급됨으로서 상기 공기압축모터(230)가 동작하게 된다.
또한, 상기 VVVF INVERTER(220)가 고장 나서 동작을 하지 않게되면 관리자에 의해 상기 BCMC(240)가 수동으로 여자되고 상기 전류측정장치(270)를 통해 측정된 전류량이 정상이면 상기 BCMRC(250)가 여자되고 상기 공기압축모터(230)에 3상전기가 제공되며 상기 전류측정장치(270)을 통해 측정된 전류량의 크기가 일정이상으로 계속 공급되면 상기 공기압축모터(230) 보호를 위해 상기 BCMRC(250)가 차단되어 3상전기 공급이 중단된다.
그런데 상기 브리지다이오드(221)가 소손되면서 대전류가 VVVF INVERTER (220)로 공급되는 사고가 발생하게 되면 상기 VVVF INVERTER(220)에 화재가 발생할 수도 있기 때문에 상기 VVVF INVERTER(220)를 보호하기 위해 상기 CMN(210)이 자동으로 차단되어 상기 VVVF INVERTER(220)에 대전류가 공급되는 것을 막게 된다.
이처럼 종래의 CMSB는 VVVF INVERTER에 문제 발생 시 직입기동 회로를 통해 공기압축모터를 기동하도록 회로가 구성되어 있으나, 상기 CMN(210)이 차단되는 경우 상기 공기압축모터(230)는 전원을 공급받지 못하여 정지되고, 압축공기공급장치의 탱크에 공기가 고압으로 저장되지 못하므로 철도차량의 공압장치들은 동작을 하지 못하게 된다.
본 발명은 전술한 종래의 철도차량의 공기압축모터 제어방법의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상기 CMN이 차단되더라도 공기압축모터에 전원이 자동으로 공급될 수 있도록 하여 철도차량의 운영 효율을 높일 수 있는 공기압축모터제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기압축모터 제어장치는, 3상전원공급단자에 연결되어 정상시 여자되어 3상전기를 통과시키지만 정격전류 이상의 과전류가 공급되면 자동으로 차단되는 공기압축모터전원차단기(Compressor Motor No Fuse Breaker:CMN)와, 상기 공기압축모터전원차단기와 공기압축모터(Compressor Motor:CM) 사이에 직렬로 연결되어 상기 공기압축모터에 공급되는 3상전기의 크기를 제어함으로써 상기 공기압축모터의 동작을 제어하는 전압주파수가변인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter:VVVF INVERTER)와, 일단이 3상전원공급단자에 연결되어 상기 공기압축모터전원차단기과 병렬로 연결되며 상기 공기압축모터전원차단기가 차단되면 여자되고, 상기 공기압축모터전원차단기가 여자되면 차단되는 공기압축모터전원지연차단기(Compressor Motor Delay No Fuse Breaker:CMDN)와, 상기 공기압축기전원지연차단기와 상기 공기압축모터 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 3상전기의 공급을 인위적으로 차단할 수 있는 공기압축모터 직입기동용 접촉기(By-pass Cinoressor Motor Contactor:BCMC)와, 상기 공기압축모터 직입기동용 접촉기와 직렬로 연결되어 있으며, 전류량을 측정하는 전류측정장치와, 상기 전류측정장치와 병렬로 연결되어 있으며, 3상전기의 공급을 차단할 수 있는 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기(By-pass Cinoressor Motor Reactor Contactor:BCRMC)와, 상기 전류측정장치로부터 전류량을 전송받아 분석하여 기 설정된 기준전류 이상의 대전류가 기 설정된 시간을 초과하여 공급되면 상기 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기가 차단되도록 제어하는 대전류차단제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해 상기 공기압축모터전원차단기가 차단되거나 또는 상기 전압주파수가변인버터의 동작불능시에도 상기 공기압축모터전원지연차단기를 통해 상기 공기압축모터에 전원공급을 계속할 수 있으며, 기 설정된 시간 이상 계속적으로 기 설정된 기준전류 이상의 대전류가 공급되면 상기 공기압축모터를 보호하기 위하여 전원이 차단되게 된다.
또한, 상기 전압주파수가변인버터는, 상기 공기압축모터전원차단기를 통해 공급된 3상전기를 직류전기로 변환해주는 브리지다이오드(Bridge Diode)와, 상기 브리지다이오드에서 출력되는 직류전기의 크기를 제어하는 전압주파수가변제어부와, 상기 전압주파수가변제어부에 의해 크기가 가변된 직류전기를 3상전기로 변환하여 상기 공기압축모터로 공급하는 인버터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해 크기를 제어하기 어려운 3상전기를 상기 브리지다이오드를 통해 전류량을 제어함으로서 쉽게 제어될 수 있는 직류전기로 바꾸어 크기를 조정한 후 상기 인버터를 통해 다시 3상전기로 바꿈으로서 3상전기의 크기를 쉽게 제어할 수 있으며 이를 통해 상기 공기압축모터의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 철도차량의 공기압축모터제어장치에 따르면, 갑작스런 과전류 공급으로 인하여 상기 CMN이 자동으로 차단되더라도 공기압축공급장치의 공기압축모터에 전원이 계속 공급될 수 있으므로, 일시적인 과전류 공급으로 인해 상기 공기압축모터에 전원공급이 중단되는 것을 방지하여 상기 공기압축모터 가동중단으로 인한 철도차량의 운행중단을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시 예는 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적인 사상내에서 다양한 변형이 가능하며 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 철도차량의 CMSB(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMSB는 철도차량의 SIV(미도시)의 3상전원공급단자(미도시)에 연결된 CMN(110)과, 상기 CMN(110)과 공기압축모터(130) 사이에 직렬로 연결된 VVVF INVERTER(220)를 포함하고 있다.
또한, 상기 SIV의 3상전원공급단자에 일단이 연결되고 타단이 상기 공기압축모터(130)에 연결된 CMDN(170)과, 상기 CMDN(170)과 상기 공기압축모터(130) 사이에 직렬로 연결되어 있는 BCMC(140)와, 상기 BCMC(140)와 직렬로 연결되어 있는 전류측정장치(170)와, 상기 전류측정장치(170)와 병렬로 연결되어 있는 BCRMC(150) 와, 일단이 상기 전류측정장치(170)와 연결되고 타단이 BCRMC(150)와 연결된 대전류차단제어부(180)를 포함하고 있다.
또한, 상기 VVVF INVERTER(220)는 상기 공기압축모터전원차단기와 연결된 브리지다이오드(121)와, 상기 브리지다이오드(121)와 직렬로 연결된 전압주파수가변제어부(122)와, 상기 전압주파수가변제어부(122)와 직렬로 연결된 인버터(123)를 구비하고 있다.
다음으로 도1을 참조하여 본 발명에 따른 철도차량의 CMSB의 작동과정에 대해 설명한다.
상기 SIV(미도시)의 3상전원단자로부터 공급된 3상전기는 상기 CMN(110)을 통해 전압주파수가변인버터(120)로 공급된다.
상기 3상전기는 VVVF INVERTER(220)의 브리지다이오드(121)에 의해 직류전기로 변환되고, 전압주파수가변제어부(122)를 통해 전류량이 제어되며, 상기 인버터(123)를 통해 다시 3상전기로 변경됨으로서 3상전기의 크기가 가변된다.
그리고, 상기 VVVF INVERTER(220)로부터 출력된 3상전기는 상기 공기압축모터(130)로 공급되어 상기 공기압축모터(130)를 동작시키게 된다.
그런데, 상기 VVVF INVERTER(220)의 브리지다이오드(121)가 소손되어 상기 SIV(미도시)의 3상전원단자로부터 정격전류 이상의 과전류가 공급되면, VVVF INVERTER(220)를 보호하기 위해 상기 CMN(110)이 자동으로 차단되면서 동시에 상기 CMDN(170)이 자동으로 여자되어 3상전기가 통과하게 된다.
또한 상기 BCMC(140)가 관리자에 의해 여자되면 상기 CMDN(170)을 거쳐 공급된 3상전기는 상기 BCRMC(150)를 거쳐 상기 공기압축모터(130)로 공급된다.
그런데, 상기 전류측정장치(170)에서 측정된 상기 3상전기의 전류가 상기 대전류차단제어부(180)에 의해 기준이상의 대전류로서 일정기간 계속 공급되고 있다고 판단되면 상기 대전류차단제어부(180)는 상기 BCRMC(150)를 차단하여 과전류로 상기 공기압축모터(130)가 과동작하는 것을 차단하게 된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
첫째, 전류측정장치(170)에서 측정한 전류가 대전류차단제어부(180)에 기 설정되어 있는 기준전류 이상인 경우, 대전류차단제어부(180)는 공기압축모터(130)로 기준이상의 대전류라 흐르는 것으로 판단한다.
둘째, 전류측정장치(170)에서 측정한 전류가 대전류차단제어부(180)에 기 설정되어 있는 시간을 초과하여 공급되는 경우, 대전류차단제어부(180)는 공기압축모터(130)로 전류가 일정기간 계속 공급된다고 판단한다.
앞서 설명한 두 가지 조건을 만족하면 즉, 1) 전류측정장치(170)에서 측정한 전류가 대전류차단제어부(180)에 기 설정되어 있는 기준전류 이상이고, 2) 전류측정장치(170)에서 측정한 전류가 대전류차단제어부(180)에 기 설정되어 있는 시간을 초과하여 공급되면, 대전류차단제어부(180)는 BCRMC(150)를 차단함으로써 과전류로 인하여 공기압축모터(130)가 과동작하는 것을 차단하게 된다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 철도차량의 CMSB의 구성을 도시한 블럭도이다.
도2은 종래의 철도차량의 CMSB의 구성을 도시한 블럭도이다.
*도1의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110:공기압축모터전원차단기(Compressor Motor No Fuse Breaker:CMN)
120:전압주파수가변인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter:VVVF INVERTER)
121:브리지다이오드(Bridge Diode)
122:전압주파수가변제어부
123:인버터
130:공기압축모터
140:공기압축모터 직입기동용 접촉기(By-pass Cinoressor Motor Contactor:BCMC)
150:공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기(By-pass Cinoressor Motor Reactor Contactor:BCRMC)
160:공기압축모터전원지연차단기(Compressor Motor Delay No Fuse Breaker:CMDN)
170:전류측정장치
180:대전류차단제어부

Claims (2)

  1. 철도차량의 공기압축모터제어장치(Compressor Motor Starting Box:CMSB)로서,
    3상전원공급단자에 연결되어 정상시 여자되어 3상전기를 통과시키지만 정격전류 이상의 과전류가 공급되면 자동으로 차단되는 공기압축모터전원차단기(Compressor Motor No Fuse Breaker:CMN)와,
    상기 공기압축모터전원차단기와 공기압축모터(Compressor Motor:CM) 사이에 직렬로 연결되어 상기 공기압축모터에 공급되는 3상전기의 크기를 제어함으로써 상기 공기압축모터의 동작을 제어하는 전압주파수가변인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter:VVVF INVERTER)와,
    일단이 3상전원공급단자에 연결되어 상기 공기압축모터전원차단기과 병렬로 연결되며 상기 공기압축모터전원차단기가 차단되면 여자되고, 상기 공기압축모터전원차단기가 여자되면 차단되는 공기압축모터전원지연차단기(Compressor Motor Delay No Fuse Breaker:CMDN)와,
    상기 공기압축기전원지연차단기와 상기 공기압축모터 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 3상전기의 공급을 인위적으로 차단할 수 있는 공기압축모터 직입기동용 접촉기(By-pass Cinoressor Motor Contactor:BCMC)와,
    상기 공기압축모터 직입기동용 접촉기와 직렬로 연결되어 있으며, 전류량을 측정하는 전류측정장치와,
    상기 전류측정장치와 병렬로 연결되어 있으며, 3상전기의 공급을 차단할 수 있는 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기(By-pass Cinoressor Motor Reactor Contactor:BCRMC)와,
    상기 전류측정장치로부터 전류량을 전송받아 분석하여 기 설정된 기준전류 이상의 대전류가 기 설정된 시간을 초과하여 공급되면 상기 공기압축모터 직입기동용 리액터접촉기가 차단되도록 제어하는 대전류차단제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축모터 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압주파수가변인버터는,
    상기 공기압축모터전원차단기를 통해 공급된 3상전기를 직류전기로 변환해주는 브리지다이오드(Bridge Diode)와,
    상기 브리지다이오드에서 출력되는 직류전기의 크기를 제어하는 전압주파수가변제어부와,
    상기 전압주파수가변제어부에 의해 크기가 가변된 직류전기를 3상전기로 변환하여 상기 공기압축모터로 공급하는 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기압축모터 제어장치.
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