KR101000502B1 - 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치 - Google Patents

전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치에 관한 것으로서, 특히 콘덴서 전압의 변화성분을 연산 출력하는 변화성분 연산수단과, 상기 변화성분 연산수단의 출력값을 이용하여 제 1 보상치를 생성 출력하는 제 1 비례제어기와, 상기 변화성분 연산수단의 출력값을 이용하여 제 2 보상치를 생성 출력하는 제 2 비례제어기와, 비례적분제어기의 출력값에 상기 제 1 보상치를 감산하는 제 1 보상부와, 상기 제 1 보상부의 출력값과 제 2 비례제어기의 출력값을 토크지령전류로부터 감산하여 필터콘덴서에 과전압이 발생하지 않도록 하는 제 2 보상부로 구성하므로서, 제동시 부하차량의 회생량 변화가 급격히 변화하여도 인버터의 출력전류를 제한하여 필터콘덴서전압이 안정적으로 제어되어 과전압 고장이 발생하지 않도록 한 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치에 관한 것이다.
전동차, 추진제어장치, 비례적분제어기, 필터콘덴서, 비례제어기, 변화성분 연산수단,

Description

전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치{Over voltage control device}
도 1 은 일반적인 전동차용 추진제어장치를 보인 도면.
도 2 는 종래의 필터콘덴서 과전압 제어장치를 보인 도면.
도 3 은 본 발명의 필터 콘덴서 과전압 제어장치를 보인 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 비례적분제어기, 11: 제 1 보상부,
12: 제 2 보상부, 13: 제 1 비례제어기,
14: 제 2 비례제어기, 20: 변화성분 연산수단,
21: 저주파대역필터, 22: 감산기,
본 발명은 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치에 관한 것으로서, 특히 제동시 부하차량의 회생량 변화가 급격히 변화하여도 인버터의 출력전류를 제한하여 필터콘덴서전압이 안정적으로 제어되어 과전압 고장이 발생하지 않도록 한 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 도심형 전동차의 추진제어장치는 도 1 에 도시된 바와같이,
가선으로부터 DC1500V를 입력받는 고속차단기(HB)와, 전자접촉기(LB1,LB2) 및 충전저항(CHRe)으로 이루어진 충전부(1)와, 필터리액터(FL) 및 필터콘덴서(FC)로 구성된 필터부(2)와, 다수의 IGBT소자로 이루어져 견인전동기(IM3)를 구동하는 3상 인버터부(3)로 구성된다.
이와같이 구성된 추진제어장치는 제동시 인버터(3)로부터 회생되는 가선전류에 의해 필터콘덴서(FC) 전압이 상승된다.
이와같이 회생된 전류에 의한 전압을 다른 차량이 소모시키게 되면 큰 문제가 발생하지 않으나, 회생되는 전류를 소모시키는 부하차량이 없는 경우 즉, 무부하 또는 경부하일경우에 인버터의 회생전류를 제한하지 않으면 필터콘덴서전압이 상승하게된다.
필터콘덴서전압이 2000V 이상이 되면 전력회로에 손상을 주기 때문에 과전압 보호장치를 제공하고 있다.
콘덴서전압이 일정전압을 넘지 않도록 회생되는 전류량을 제한하는 제어가 필요하며, 이러한 제어를 실행하는 장치를 과전압 제어장치라 한다.
도 2 는 종래의 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치를 도시한 것으로서,
과전압 제한 기준전압(Vov)와 콘덴서전압(VDC)의 차이값이 비례적분제어기(10)로 입력되고, 상기 비례적분제어기(10)는 입력되는 값을 비례적분하여 보상부 (11)로 출력하며, 상기 보상부(11)는 토크지령전류(Iqcmd)에서 비례적분제어기(10)의 출력전류(Ibk-dec)를 감산하여 최종적으로 토크지령전류(Iqcmd)로 부터 출력전류(Ibk-dec)만큼 감소된 토크기준전류(Iqse)를 출력하여 인버터부(3)로부터 회생되는 전류가 감소토록 하므로서, 필터콘덴서(FC)의 충전전압을 낮춰주는 것이다.
그러나, 종래기술은 다은 차량에 의한 회생부하량이 완만하게 변하는 경우에는 필터콘덴서의 전압이 완만하게 변하여 출력제한전류(Ibk-dec)의 연산을 잘하지만 회생부하량이 갑자기 변하는 경우 필터콘덴서의 전압이 급격하게 상승하면 비례적분제어기만의 출력값으로 필터콘덴서전압이 과전압 검지치인 2000V 이상으로 상승하는 경우가 빈번히 발생하고, 이로인해 인버터가 과전압 보호동작을 실시하여 제동동작이 정상적으로 이루어지지 않게되는 문제점이 발생하고 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 콘덴서 전압의 변화성분을 연산 출력하는 변화성분 연산수단과, 상기 변화성분 연산수단의 출력값을 이용하여 제 1 보상치를 생성 출력하는 제 1 비례제어기와, 상기 변화성분 연산수단의 출력값을 이용하여 제 2 보상치를 생성 출력하는 제 2 비례제어기와, 비례적분제어기의 출력값에 상기 제 1 보상치를 감산하는 제 1 보상부와, 상기 제 1 보상부의 출력값과 제 2 비례제어기의 출력값을 토크지령전류로부터 감산하여 필터콘덴서에 과전압이 발생하지 않도록 하는 제 2 보상부로 구성하므로서, 제동시 부하차량의 회생량 변화가 급격히 변화하여도 인버터의 출력전류를 제한하여 필터콘덴서전압이 안정적 으로 제어되어 과전압 고장이 발생하지 않도록 한 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치를 제공함을 목적으로 한다.
이하, 첨부된 도면 도 3 을 참조하여 상기 목적달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 설명에 있어서 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 표기하여 중복설명을 피하기로 한다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은,
청구범위 제 1 항에 의하여,
과전압 제한 기준전압(Vov)와 콘덴서전압(VDC)의 차이값이 비례적분제어기(10)로 입력되고, 상기 비례적분제어기(10)는 입력되는 값을 비례적분하여 출력하도록 구성된 필터콘덴서 과전압 제어장치에 있어서,
콘덴서 전압(VDC)의 변화성분(VDC-VTR)을 연산 출력하는 변화성분 연산수단(20)과;
상기 변화성분 연산수단(20)의 출력값을 이용하여 제 1 보상치를 생성 출력하는 제 1 비례제어기(13)와;
상기 변화성분 연산수단(20)의 출력값을 이용하여 제 2 보상치를 생성 출력하는 제 2 비례제어기(14)와;
비례적분제어기(10)의 출력값에 상기 제 1 보상치를 감산하는 제 1 보상부 (11)와;
상기 제 1 보상부(11)의 출력값과 제 2 비례제어기(14)의 출력값을 토크지령전류(Iqcmd)로부터 감산하여 필터콘덴서에 과전압이 발생하지 않도록 하는 제 2 보상부(12); 로 구성된 것을 특징으로 한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 과전압 제한 기준전압(Vov)와 콘덴서전압(VDC)의 차이값이 비례적분제어기(10)로 입력되고, 상기 비례적분제어기(10)는 입력되는 값을 비례적분하여 출력제어전류(Ibk-dec)를 제 1 보상부(11)로 출력한다.
만약, 필터콘덴서(FC)의 전압값이 급격히 변화하지 않고 완만하게 변화한다면 상기 비례적분제어기(10)의 출력제어전류가 제 1 보상부(11)와 제 2 보상부(12)를 통해 토크지령전류(Iqcmd)를 보상하게된다.
하지만, 상기 필터콘덴서(FC)의 전압(VDC)이 급격히 변화한다면 변화성분 연산수단(20)이 상기 변화성분을 연산하고, 그 연산결과에 따른 보상치를 제 1 및 제 2 비례제어기(13,14)가 출력하여 토크지령전류(Iqcmd)를 보상하게되며, 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 저주파대역필터(21)는 콘덴서전압(VDC)을 필터링하여 변화량을 검출하고, 감산기(22)는 콘덴서전압(VDC)에서 저주파대역필터(21)에서 출력되는 값을 감산 하여 콘덴서전압의 급격한 변화성분(VDC-VTR)을 연산하여 제 1 및 제 2 비례제어기(13,14)로 출력한다.
상기 제 1 비례제어기(13)와 제 2 비례제어기(14)는 서로 다른 비례제어값으로 제 1 및 제 2 보상치를 연산하여 제 1 보상부(11)와 제 2 보상부(12)로 각각 출력하는 것이다.
이에따라, 상기 제 1 보상부(11)는 비례적분제어기(10)에서 출력된 출력제어전류(Ibk-dec)에서 제 1 비례제어기(13)의 제 1 보상치(Kp1)를 감산하여 제 2 보상부(12)로 출력하고, 상기 제 2 보상부(12)는 토크지령전류(Iqcmd)로부터 제 1 보상부(11)의 출력값과 제 2 비례제어기(14)로부터 출력된 제 2 보상치(Kp2)를 감산하여 최종적으로 토크기준전류(Iqse)를 인버터로 출력하므로서, 인버터(3)의 회생전류 출력값을 줄여주어 필터콘덴서(FC)의 과전압을 제한하게되는 것이다.
상기 본 발명의 동작을 식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112005066283475-pat00001
Figure 112005066283475-pat00002
Figure 112005066283475-pat00003
여기서, Iqse는 토크기준전류, Iqcmd는 토크지령전류, Ibk-dec는 출력제한전류, Kp, Kp1, Kp2는 비례 게인, Ki는 적분게인, P는 미분연산자, Vdc-VTR은 필터콘덴서전압 변화분, Vov는 과전압 제한 기준전압, VDC는 필터콘덴서전압이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 콘덴서 전압의 변화성분을 연산 출력하는 변화성분 연산수단과, 상기 변화성분 연산수단의 출력값을 이용하여 제 1 보상치를 생성 출력하는 제 1 비례제어기와, 상기 변화성분 연산수단의 출력값을 이용하여 제 2 보상치를 생성 출력하는 제 2 비례제어기와, 비례적분제어기의 출력값에 상기 제 1 보상치를 감산하는 제 1 보상부와, 상기 제 1 보상부의 출력값과 제 2 비례제어기의 출력값을 토크지령전류로부터 감산하여 필터콘덴서에 과전압이 발생하지 않도록 하는 제 2 보상부로 구성하므로서, 제동시 부하차량의 회생량 변화가 급격히 변화하여도 인버터의 출력전류를 제한하여 필터콘덴서전압이 안정적으로 제어되어 과전압 고장이 발생하지 않도록 한 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (1)

  1. 과전압 제한 기준전압(Vov)와 콘덴서전압(VDC)의 차이값이 비례적분제어기(10)로 입력되고, 상기 비례적분제어기(10)는 입력되는 값을 비례적분하여 출력하도록 구성된 필터콘덴서 과전압 제어장치에 있어서,
    콘덴서 전압(VDC)의 변화성분(VDC-VTR)을 연산 출력하는 변화성분 연산수단(20)과;
    상기 변화성분 연산수단(20)의 출력값을 이용하여 제 1 보상치를 생성 출력하는 제 1 비례제어기(13)와;
    상기 변화성분 연산수단(20)의 출력값을 이용하여 제 2 보상치를 생성 출력하는 제 2 비례제어기(14)와;
    비례적분제어기(10)의 출력값에 상기 제 1 보상치를 감산하는 제 1 보상부(11)와;
    상기 제 1 보상부(11)의 출력값과 제 2 비례제어기(14)의 출력값을 토크지령전류(Iqcmd)로부터 감산하여 필터콘덴서에 과전압이 발생하지 않도록 하는 제 2 보상부(12); 로 구성된 것을 특징으로 하는 전동차용 추진제어장치의 필터콘덴서 과전압 제어장치.
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