KR101186856B1 - 노면전차 전력공급장치 - Google Patents

노면전차 전력공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노면전차 전력공급장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 노면전차 전력공급장치는 입력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 노면전차 운행을 위한 부하들로 공급하기 위한 인버터, 전차선으로부터 직류전력을 공급받기 위한 집전장치, 상기 노면전차에 탑재된 배터리 및 상기 인버터를 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 배터리 중 어느 하나에 전기적으로 연결시켜 상기 전차선과 상기 배터리 중 어느 하나로부터 상기 인버터로의 직류전력 공급을 제어하기 위한 전력분배기를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 노면전차 운행 상의 필요에 따라 유가선 전력공급모드와 무가선 전력공급모드를 선택할 수 있고, 안전사고 발생의 위험을 크게 줄이는 동시에 도심미관을 제고할 수 있고, 전차선 설치비용을 줄임으로써 노면전차 운용비용을 크게 줄일 수 있는 노면전차 전력공급장치가 제공되는 효과가 있다.

Description

노면전차 전력공급장치{POWER SUPPLY SYSTEM FOR TRAM}
본 발명은 노면전차 전력공급장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 노면전차 운행 상 발생할 수 있는 안전사고 발생의 위험을 크게 줄이는 동시에 도심 미관을 제고할 수 있는 노면전차 전력공급장치에 관한 것이다.
노면전차(路面電車)는 교통수단의 하나로 일반 노면 즉, 도로상에 부설된 전용 레일을 따라 운행되는 전동차이다.
노면전차는 중전철로 분류되는 지하철보다 차량의 크기가 작고 하나의 편성에 속한 차량의 수도 적기 때문에, 경전철로 분류될 수 있다.
이러한 노면전차는 지하철보다 건설비가 적게 들고 공사 기간이 짧다는 장점을 갖기 때문에, 최근 천문학적인 예산이 투입되는 지하철의 대체 교통수단으로 적극 검토되고 있다.
그러나 현재까지 알려진 노면전차는 기본적으로 전차선으로부터 전력을 공급받아 구동된다.
도 1은 종래의 노면전차에 대한 전력공급방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래에는 노면전차의 지붕(roof)에 설치된 팬터그래프(pantograph) 등의 집전장치를 전차선에 전기적으로 접촉시킴으로써, 전차선의 고압의 직류전력을 노면전차에 설치된 인버터로 공급하고, 인버터가 이 직류전력을 교류전력으로 변환하여 각종 부하들로 공급하는 방식으로 노면전차를 구동하였다.
그러나 종래의 이러한 방식에 따르면, 필연적으로 노면전차에 고압의 전력을 공급하기 위하여 도로 상부에 전차선을 설치하는 가선 공사를 수행해야만 한다.
이에 따라, 노면전차 설치 및 운용비용이 증가하는 문제점이 발생한다.
또한 도심에 설치된 전차선으로 인하여 도심의 미관이 크게 손상되는 문제점이 발생한다.
또한 전차선의 고압 전력으로 인한 감전 등의 안전사고 발생의 위험이 상존한다는 문제점이 발생한다.
본 발명은 노면전차 운행상의 필요에 따라 집전장치를 매개로 전차선으로부터 전력을 공급받는 유가선 전력공급모드와 노면전차에 탑재되어 있는 배터리로부터 직류전력을 공급받는 무가선 전력공급모드를 선택할 수 있는 노면전차 전력공급장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 노면전차 운행 상 발생할 수 있는 안전사고 발생의 위험을 크게 줄이는 동시에 도심미관을 제고할 수 있는 노면전차 전력공급장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 전차선 설치비용을 줄임으로써 노면전차 운용비용을 크게 줄일 수 있는 노면전차 전력공급장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 노면전차 전력공급장치는 입력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 노면전차 운행을 위한 부하들로 공급하기 위한 인버터, 전차선으로부터 직류전력을 공급받기 위한 집전장치, 상기 노면전차에 탑재된 배터리 및 상기 인버터를 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 배터리 중 어느 하나에 전기적으로 연결시켜 상기 전차선과 상기 배터리 중 어느 하나로부터 상기 인버터로의 직류전력 공급을 제어하기 위한 전력분배기를 포함하여 구성된다.
상기 전력분배기가 상기 인버터와 상기 배터리를 전기적으로 연결시켜 상기 배터리에 충전되어 있는 직류전력을 상기 인버터로 공급하는 경우, 상기 집전장치를 하강시켜 상기 전차선으로부터 분리시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전력분배기는 사용자의 수동조작에 의해 상기 인버터를 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 배터리 중 어느 하나에 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전력분배기는 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 인버터를 전기적으로 연결시켜 상기 전차선의 직류전력을 상기 인버터로 공급하는 경우, 상기 전차선에 연결된 집전장치를 상기 배터리에도 연결시켜 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 노면전차 운행상의 필요에 따라 집전장치를 매개로 전차선으로부터 전력을 공급받는 유가선 전력공급모드와 노면전차에 탑재되어 있는 배터리로부터 직류전력을 공급받는 무가선 전력공급모드를 선택할 수 있는 노면전차 전력공급장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 노면전차 운행 상 발생할 수 있는 안전사고 발생의 위험을 크게 줄이는 동시에 도심미관을 제고할 수 있는 노면전차 전력공급장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 전차선 설치비용을 줄임으로써 노면전차 운용비용을 크게 줄일 수 있는 노면전차 전력공급장치가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 노면전차에 대한 전력공급방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노면전차 전력공급장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 노면전차가 전차선으로부터 전력을 공급받는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 노면전차가 배터리로부터 전력을 공급받는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노면전차 전력공급장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 노면전차 전력공급장치는 인버터(10), 집전장치(30), 배터리(40) 및 전력분배기(50)를 포함하여 구성된다.
인버터(10)는 입력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 출력한다. 후술하겠지만, 인버터(10)로 입력되는 직류전력은 전차선(20) 또는 배터리(40)로부터 공급된다. 인버터(10)가 출력하는 교류전력은 노면전차 운행을 위한 각종 부하들(16)로 공급되어, 이들 부하들(16)을 구동하여 노면전차를 운행하는 전력으로 사용된다. 예를 들어, 이 인버터(10)는 필요에 따라 출력의 크기와 주파수를 제어할 수 있는 가변전압가변주파수제어 인버터(VVVF Inverter, 12)와 설정된 전압과 주파수를 안정적으로 출력하는 정적 인버터(Static Inverter, 14)를 포함하여 구성될 수 있다.
집전장치(30)는 전차선(20)으로부터 직류전력을 공급받기 위한 수단이다. 예를 들어, 이 집전장치(30)는 팬터그래프(pantograph)일 수 있다. 집전장치(30)가 전차선(20)에 전기적으로 접촉되면, 전차선(20)의 직류전력은 집전장치(30)를 매개로 인버터(10)로 입력된다.
배터리(40)는 노면전차에 탑재되어 있으며, 부하들(16)을 구동하기 위한 전력이 충전되어 있다. 앞서 설명한 집전장치(30)와 전차선(20) 간의 전기적 연결이 끊어지고 배터리(40)와 인버터(10)가 전기적으로 연결되면, 배터리(40)에 충전된 직류전력이 인버터(10)로 입력된다. 물론, 배터리(40)와 인버터(10) 사이에 직류-직류 컨버터(42)를 개재시켜, 배터리(40)에 충전된 직류전력의 크기를 적당히 변환하여 인버터(10)로 공급하도록 구성될 수 있다.
전력분배기(50)는 인버터(10)를 전차선(20)에 연결된 집전장치(30)와 배터리(40) 중 어느 하나에 전기적으로 연결시킨다. 즉, 전력분배기(50)는 인버터(10)가 전차선(20)과 배터리(40) 중 어느 하나로부터 직류전력을 공급받도록 제어하는 기능을 수행한다.
이하에서는 인버터(10)가 집전장치(30)를 매개로 전차선(20)으로부터 직류전력을 공급받는 경우를 유가선 전력공급모드라 정의하고, 인버터(10)가 배터리(40)로부터 직류전력을 공급받는 경우를 무가선 전력공급모드라 정의한다. 이 유가선 전력공급모드 및 무가선 전력공급모드에 대하여는 도 3과 도 4를 참조하여 이후에 보다 구체적으로 설명한다.
전력분배기(50)가 인버터(10)와 배터리(40)를 전기적으로 연결시켜 배터리(40)에 충전되어 있는 직류전력을 인버터(10)로 공급하는 경우에는, 집전장치(30)를 전차선(20)으로부터 분리시키는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 이 경우에는 인버터(10)가 배터리(40)로부터 필요한 전력을 공급받을 수 있으므로, 집전장치(30)가 전차선(20)에 연결될 필요가 없다. 따라서 집전장치(30)를 전차선(20)으로부터 분리시켜 노면전차의 지붕(roof) 상으로 하강시켜 수납한다.
예를 들어, 이러한 전력분배기(50)는 사용자의 수동조작 예를 들어, 사용자가 동작 버튼을 누르는 등의 동작에 의해 인버터(10)를 전차선(20)에 연결된 집전장치(30)와 배터리(40) 중 어느 하나에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 노면전차 운전자가 노면전차 운행 상의 필요에 따라 1) 집전장치(30)를 매개로 전차선(20)으로부터 인버터(10)로 직류전력이 공급되도록 구성하거나, 2) 배터리(40)로부터 인버터(10)로 직류전력이 공급되도록 할 수 있다. 배터리(40)로부터 인버터(10)로 직류전력을 공급하는 경우에는, 앞서 설명한 바와 같이 집전장치(30)가 전차선(20)으로부터 분리되도록 구성될 수 있다.
또한 예를 들어, 전력분배기(50)가 전차선(20)에 연결된 집전장치(30)와 인버터(10)를 전기적으로 연결시켜 전차선(20)의 직류전력을 인버터(10)로 공급하는 경우, 전차선(20)에 연결된 집전장치(30)를 배터리(40)에도 연결시킴으로써 전차선(20)의 직류전력에 의해 배터리(40)가 충전되도록 구성될 수 있다.
이하에서는 도 3과 4를 참조하여 유가선 전력공급모드와 무가선 전력공급모드에 대하여 설명한다.
앞에서도 간략히 설명한 바와 같이, 유가선 전력공급모드는 인버터(10)가 집전장치(30)를 매개로 전차선(20)으로부터 직류전력을 공급받는 경우이고, 무가선 전력공급모드는 인버터(10)가 배터리(40)로부터 직류전력을 공급받는 경우이다.
도 3은 노면전차가 전차선(20)으로부터 전력을 공급받는 유가선 전력공급모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 유가선 전력공급모드에서는 집전장치(30)가 전차선(20)에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 전차선(20)의 직류전력이 집전장치(30), 전력분배기(50)를 거쳐 인버터(10)로 공급된다. 인버터(10)는 이 직류전력을 교류로 변환하여 각종 부하들(16)로 공급한다.
이러한 유가선 전력공급모드는 노면전차를 운전하는 운전자가 노면전차 운행상의 필요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 노면전차가 운행되는 장소가 비교적 한적한 도시 외곽 지역인 경우 또는 도심 지역이라도 휴일이나 새벽 등과 같이 인적이 드문 시간대에, 유가선 전력공급모드가 선택될 수 있다.
도 4는 노면전차가 배터리(40)로부터 전력을 공급받는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무가선 전력공급모드에서는 집전장치(30)와 전차선(20) 간의 전기적 연결이 끊어져서 집전장치(30)가 노면전차의 루프에 수납되는 한편, 배터리(40)와 인버터(10)가 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 배터리(40)에 충전되어 있던 직류전력이 전력분배기(50)를 거쳐 인버터(10)로 공급된다. 필요에 따라, 배터리(40)와 전력분배기(50) 사이에 직류-직류 컨버터(42)를 개재시켜 배터리(40)가 제공하는 전력을 인버터(10) 동작에 필요한 레벨로 변환하여 공급할 수 있다.
이러한 무가선 전력공급모드도 노면전차를 운전하는 운전자가 노면전차 운행상의 필요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 혼잡한 도심구간에서 무가선 전력공급모드를 선택할 수 있다.
이와 같이, 혼잡한 도심구간에서 무가선 전력공급모드를 선택하면, 노면전차 주위에 있는 사람들이 고압의 전차선(20) 전원에 의해 감전되는 감전사고 발생의 위험을 크게 줄일 수 있고, 도심미관이 제고되는 효과가 있다. 또한, 특정 도심구간에서는 전차선(20)을 아예 설치하지 않음으로써, 전체적인 노면전차 운용비용을 크게 저감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 노면전차 운행상의 필요에 따라 집전장치(30)를 매개로 전차선(20)으로부터 전력을 공급받는 유가선 전력공급모드와 노면전차에 탑재되어 있는 배터리(40)로부터 직류전력을 공급받는 무가선 전력공급모드를 선택할 수 있는 효과가 있다.
또한, 노면전차 운행 상 발생할 수 있는 안전사고 발생의 위험을 크게 줄이는 동시에 도심미관을 제고할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전차선(20) 설치비용을 줄임으로써 노면전차 운용비용을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 인버터
12: 가변전압가변주파수제어 인버터(VVVF Inverter)
14: 정적 인버터(Static Inverter)
16: 부하
20: 전차선(Power Rail)
30: 집전장치(集電裝置)
40: 배터리(Battery)
42: 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)
50: 전력분배기(Power Distribution Unit)

Claims (4)

  1. 노면전차 전력공급장치에 있어서,
    입력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 노면전차 운행을 위한 부하들로 공급하기 위한 인버터;
    전차선으로부터 직류전력을 공급받기 위한 집전장치;
    상기 노면전차에 탑재된 배터리; 및
    상기 인버터를 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 배터리 중 어느 하나에 전기적으로 연결시켜 상기 전차선과 상기 배터리 중 어느 하나로부터 상기 인버터로의 직류전력 공급을 제어하기 위한 전력분배기를 포함하여 구성되고,
    상기 전력분배기가 상기 인버터와 상기 배터리를 전기적으로 연결시켜 상기 배터리에 충전되어 있는 직류전력을 상기 인버터로 공급하는 경우, 상기 집전장치를 하강시켜 상기 전차선으로부터 분리시키고,
    상기 전력분배기는 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 인버터를 전기적으로 연결시켜 상기 전차선의 직류전력을 상기 인버터로 공급하는 경우, 상기 전차선에 연결된 집전장치를 상기 배터리에도 연결시켜 상기 배터리를 충전하고,
    상기 전력분배기는 사용자의 수동조작에 의해 상기 인버터를 상기 전차선에 연결된 집전장치와 상기 배터리 중 어느 하나에 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는, 노면전차 전력공급장치.
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