KR100982733B1 - 전자석 코일의 저항 변화에 따른 전류 제공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기부상열차에 설치되고, 그 자기부상열차를 부상시키기 위한 자기력을 발생하는 전자석 코일에 제공되는 구동용 전류의 세기를 제어하는 방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 전류 제공부(10)가 자기부상열차에 설치되고, 그 자기부상열차를 부상시키기 위한 자기력을 발생하는 전자석 코일(12)에 제공되는 구동용 전류의 세기를 그 전자석 코일(12)의 온도에 대응하여 제어한다. 즉, 전자석 코일(12)이 지속적으로 구동함으로써 열이 발생함에 따라 변화된 그 전자석 코일(12)의 저항값을 보상한다.

따라서 전자석 코일(12)의 온도 변화에 상관없이 그 전자석 코일(12)에 일정한 전류를 흘릴 수 있기 때문에, 전자석 코일(12)은 안정된 구동을 지속적으로 할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자석 코일의 저항 변화에 따른 전류 제공 방법{METHOD FOR PROVIDING CURRENT OF ELECTROMAGNET COIL WITH VARIABLE RESISTANCE}

본 발명은 전자석 코일의 저항 변화에 따른 전류 제공 방법에 관한 것으로, 특히, 자기부상열차에 설치되고, 그 자기부상열차를 부상시키기 위한 자기력을 발생하는 전자석 코일에 제공되는 구동용 전류의 세기를 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기부상열차는 전자석 코일에 전류를 인가함으로써 발생된 자기력으로 레일 위를 부상하여 주행하는 차량이다.

이와 같은 전자석 코일은 저항 성분과 인덕턴스(inductance) 성분으로 구성된다.

한편, 코일은 외부 환경이나 장시간 전류 인가에 따라 온도가 상승하면 저항값이 변화된다. 이로 인하여 전류값도 변화되고, 차량 부상 시 제어 파라미터(parameter)의 조절이 불가피하게 되며, 전자석 동특성 해석이나 전류값을 필요 로 하는 제어 연산의 결과에도 영향을 끼친다.

따라서 자기부상열차에 설치된 전자석 코일의 저항값 보상은 부상 제어기의 성능 개선에 기여하는 주요 기술이다.

자기부상열차의 전자석 코일에 전류가 장시간 인가될 때, 온도가 섭씨 수백도 이상 측정된다. 예로, 자기부상열차의 전자석 코일의 온도가 상승하면, 전자석 코일의 온도 대 전자석 코일의 저항값은 수학식 1과 같이 비선형적인 특성을 나타낸다.

R(t) = R₀(1 + α·t + b·t² + c·t³ + ...)

여기서, R(t)는 전자석 코일의 저항값이고, R₀는 전자석 코일의 초기 저항값이고, t는 전자석 코일의 온도이며, α, b, c는 저항온도계수이다.

즉, 전자석 코일의 온도 상승으로 인하여 전자석 코일의 저항값이 변화됨으로써 부상 제어기의 연산 기능과 파라미터 설정에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전자석 코일의 온도 변화를 고려하지 않은 전자석 코일의 전류 출력 전달함수를 나타낸 블록선도로, 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

G(S) = I(S)/V(s) = 1/(LS+R)

여기서, R은 전자석 코일의 저항값이고, S는 복소주파수이고, 나머지 파라미터는 상술된 바와 같다.

이와 같은 도 1의 전달함수에 따른 전류는 전자석의 부상력에 기인하며, 동시에 자속측정을 위한 플럭스 피드백(flux-feedback) 연산에도 이용된다.

그러나 전자석의 동특성 시험이나 자기부상열차의 운행으로 인해 전자석을 구성하는 전자석 코일에 전류가 장시간 인가될 경우, 그 전자석 코일의 온도가 상승하여, 전자석 코일의 저항값이 초기값에서 ± 0.1Ω 내지 수Ω 정도의 변화가 생긴다.

따라서 종래에는 전자석 코일이 장시간 구동함에 따라 온도가 변함으로써 저항값이 불안정해짐에 따라 그 전자석 코일에 흐르는 전류도 불안정해지기 때문에, 결국 자기부상열차의 부상력도 불안정해지는 결점이 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 자기부상열차에 설치되고, 그 자기부상열차를 부상시키기 위한 자기력을 발생하는 전자석 코일에 제공되는 구동용 전류의 세기를 그 전자석 코일의 온도에 대응하여 제어하는 전자석 코일의 저항 변화에 따른 전류 제공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 형태에 따르면, 전자석 코일에 전류를 제공하는 전류 제공부에서 전류 제공 방법으로서, 상기 전자석 코일의 온도 변화에 따라 상기 전자석 코일의 저항값이 변화하는 것에 대응하여 상기 전자석 코일에 전류를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 전류 제공부는 하기의 전달함수를 만족하는 전류를 상기 전자석 코일에 제공한다.

(1/(R(t)+ΔK_R))/((L/(R(t)+ΔK_R))S+1)

여기서, R(t)는 온도 t에서의 상기 전자석 코일의 저항값이고, ΔK_R은 상기 전자석 코일의 저항값의 보정값(R₀-R(t))이며, L은 상기 전자석 코일의 인덕턴스이고, R₀는 상기 전자석 코일의 초기 저항값이고, S는 복소주파수이다.

본 발명은, 전류 제공부(10)가 자기부상열차에 설치되고, 그 자기부상열차를 부상시키기 위한 자기력을 발생하는 전자석 코일(12)에 제공되는 구동용 전류의 세기를 그 전자석 코일(12)의 온도에 대응하여 제어한다. 즉, 전자석 코일(12)이 지속적으로 구동함으로써 열이 발생함에 따라 변화된 그 전자석 코일(12)의 저항값을 보상한다.

따라서 전자석 코일(12)의 온도 변화에 상관없이 그 전자석 코일(12)에 일정한 전류를 흘릴 수 있기 때문에, 전자석 코일(12)은 안정된 구동을 지속적으로 할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 전자석 코일의 전류 제공 방법이 구현되는 전자석 코일의 전류 제공 장치의 일 실시예를 나타낸 블록도로, 전류 제공부(10) 및 전자석 코일(12)로 구성된다.

동 도면에 있어서, 전류 제공부(10)는 전자석 코일(12)의 온도 변화에 따라 전자석 코일(12)의 저항값이 변화하는 것에 대응하여, 도 3에 따른 수학식 3의 전달함수를 만족하는 전류를 전자석 코일(12)에 제공한다.

도 3은 본 발명에 따른 전자석 코일(12)의 온도 변화에 대응하여, 그 전자석 코일(12)의 저항값 보상 시 그 전자석 코일(12)의 전류 출력 전달함수를 나타낸 블록선도이다.

GE(S) = I(S)/V(s) = (1/(R(t)+ΔK_R))/((L/(R(t)+ΔK_R))S+1)

여기서, I는 전자석 코일(12)에 흐르는 전류이고, V는 전자석 코일(12)에 인가된 전압이고, R(t)는 온도 t에서의 전자석 코일(12)의 저항값이고, ΔK_R은 전자석 코일(12)의 저항값의 보정값(R₀-R(t))이며, L은 전자석 코일(12)의 인덕턴스이다. 이때, R₀는 전자석 코일(12)이 구동하기 전의 초기 저항값이고, S는 복소주파수이다.

즉, 본 발명은 전자석 코일(12)의 저항값에 의한 출력전류의 변동을 ΔK_R의 이득(gain)값을 사용하여 전류 제공부(10)에서 실시간으로 보상하고자 하는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 전자석 코일(12)의 온도 변화에 따라 그 전자석 코일(12)의 저항값을 산정하는 것을 단계별로 나타낸 순서도이다.

먼저 사용자는 멀티 테스터(multi-tester)를 사용하여 전자석 코일(12)의 온도 t에서 전자석 코일(12)의 저항값 R(t)를 측정한다(단계 S10).

전자석 코일(12)의 초기 저항값 R₀을 산정한다(단계 S12).

전자석 코일(12)의 저항값 R(t)를 수학식 4에 의거하여 산정한다(단계 S14).

R(t) = R₀+α·t

여기서, R₀, α, t는 상술된 바와 같다.

전자석 코일(12)의 온도 t를 측정하고 단계 S14을 진행한다(단계 S16). 이때, 전자석 내부에 K 타입 서모커플(K type thermocouple)이 내장되어 있을 경우, K 타입 서모커플 측정용 'IC AD595'를 사용하여 전자식 코일(12)의 온도를 측정한다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전자석 코일의 온도 변화를 고려하지 않은 전자석 코일의 전류 출력 전달함수를 나타낸 블록선도,

도 2는 본 발명에 따른 전자석 코일의 전류 제공 방법이 구현되는 전자석 코일의 전류 제공 장치의 일 실시예를 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 전자석 코일의 온도 변화에 대응하여, 그 전자석 코일의 저항값 보상 시 그 전자석 코일의 전류 출력 전달함수를 나타낸 블록선도,

도 4는 본 발명에 따른 전자석 코일의 온도 변화에 따라 그 전자석 코일의 저항값을 산정하는 것을 단계별로 나타낸 순서도.

Claims (2)

1. 전자석 코일에 전류를 제공하는 전류 제공부에서 전류 제공 방법으로서,

   상기 전자석 코일의 온도 변화에 따라 상기 전자석 코일의 저항값이 변화하는 것에 대응하여 상기 전자석 코일에 전류를 제공하고,

   상기 전류 제공부는 하기의 전달함수를 만족하는 전류를 상기 전자석 코일에 제공하는 것을 특징으로 하는 전자석 코일의 저항 변화에 따른 전류 제공 방법.

   (1/(R(t)+ΔK_R))/((L/(R(t)+ΔK_R))S+1)

   여기서, R(t)는 온도 t에서의 상기 전자석 코일의 저항값이고, ΔK_R은 상기 전자석 코일의 저항값의 보정값(R₀-R(t))이며, L은 상기 전자석 코일의 인덕턴스이고, R₀는 상기 전자석 코일의 초기 저항값이고, S는 복소주파수이다.
2. 삭제

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