KR101458983B1 - 정류기 디지털 원격 감시제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정류기 디지털 원격 감시제어회로를 개시한다. 상기 감시제어회로는 증폭기, 상기 증폭기 양단에 연결되어 상기 증폭기에서 정류기로 출력되는 전류 값을 조절하는 디지털 저항 조절부 및 상기 디지털 저항의 값을 가변으로 조절하는 프로세서를 포함한다. 이 경우 상기 증폭기는 직렬로 연결된 둘 이상의 OP AMP를 포함하여, 두 개의 OP AMP가 존재하는 경우 첫 번째 OP AMP의 출력 단자는 두 번째 OP AMP의 반전 입력으로 연결되며, 상기 두 번째 OP AMP의 출력단은 상기 정류기로 연결되며, 그리고 상기 디지털 저항 조절부는 상기 첫 번째 OP AMP의 반전 입력과 출력단에 병렬로 연결된 첫 번째 디지털 가변 저항 및 상기 두 번째 OP AMP의 반전 입력과 출력단에 병렬로 연결된 두 번째 디지털 가변 저항을 포함하는 것이 바람직하다.

Description

정류기 디지털 원격 감시제어회로{Digital remote control and supervisory circuit for a rectifier}

본 발명은 디지털 감시 제어 회로에 관한 것으로, 더 상세하게는 가스 배관을 모니터링하는데 있어서 사용할 수 있는 전기방식 정류기에 대한 디지털 감시제어에 관한 것이다.

도 1은 종래의 정류기의 개략적인 구성을 도시한다.

도 1에서 N으로 표기된 지점은 정류기의 출력 NEGATIVE이고 P 점은 정류기의 출력 POSITIVE를 가리킨다. 정류기 전체 회로는 P 점을 GND와 관련시켜 동작한다. 도 1에서 연산 증폭기 (Operational Amplifier)인 OP AMP3 (100)의 이득 (gain)은 주로 R8/VR1의 값에 의해 결정된다. 이는 실제의 정류기 회로에서 P 점은 GND에 매우 가까운 전위를 가지기 때문이다. 이 경우에 N 점에서의 전압은 0V ~ -170V까지 광범위하다. 도 1의 정류기에서 가변 저항인 VR1의 저항값을 조정하며, 그 결과 도 1의 정류기 회로에서의 부궤환률 (Negative Feedback)을 조정하고 SCR (Silicon-controlled rectifier) 구동 회로를 조정하여 N 점에서의 전압을 최종 결정한다.

사용상의 편리 및 관리의 간편함을 위해서 도 1의 정류기 회로의 구성을 디지털 소자들을 이용해서 구현해야 할 필요가 있다. 그런데, 상기와 같은 도 1에서의 정류기를 디지털 소자를 사용하여, 그 정류기를 조정하려면 VR1의 가변 저항 역시 디지털 가변저항 집적회로용의 소자로 대체해야만 한다. 그런데, 실제 사용하는 경우에 VR1의 가변 저항에 170V의 전압이 걸릴 수 있으며, 이 정도 크기의 고전압에서 제대로 동작할 수 있는 디지털 가변저항 집적회로를 구할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기에서와 같은 경우에 고전압에서도 동작할 수 있는 디지털 가변저항의 기능을 포함하는 정류기 디지털 감시 제어 기능을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 정류기 디지털 원격 감시제어회로는, 증폭기, 상기 증폭기 양단에 연결되어 상기 증폭기에서 정류기로 출력되는 전류 값을 조절하는 디지털 저항 조절부 및 상기 디지털 저항의 값을 가변으로 조절하는 프로세서를 포함한다.

상기 프로세서는 유선 또는 무선을 통해서 사용자로부터 원격으로 접속 가능한 것이 바람직하다.

상기 증폭기는 직렬로 연결된 둘 이상의 OP AMP를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 증폭기가 직렬로 연결된 두 개의 OP AMP를 포함하는 경우 첫 번째 OP AMP의 출력 단자는 두 번째 OP AMP의 반전 입력으로 연결되며, 상기 두 번째 OP AMP의 출력단은 상기 정류기로 연결되며, 상기 디지털 저항 조절부는 상기 첫 번째 OP AMP의 반전 입력과 출력단에 병렬로 연결된 첫 번째 디지털 가변 저항 및 상기 두 번째 OP AMP의 반전 입력과 출력단에 병렬로 연결된 두 번째 디지털 가변 저항을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 프로세서는 상기 정류기의 전위를 모니터링하며, 상기 전위의 전압의 값이 미리 정한 설정값의 범위를 벗어나면 CPU는 가변 저항들의 값을 조정하여 상기 OP AMP들의 이득 (gain)을 조절함으로써, 상기 전위 전압의 값이 상기 미리 설정된 설정 범위 내에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 프로세서는 상기 디지털 가변 저항들 중 적어도 하나의 값을 조절하여, 상기 정류기로의 전류가 제1 시간 동안 최대로 흐르거나 또는 제2 시간 동안 흐르지 않도록 하여 상기 정류기로 출력되는 전류를 단속하는 것이 바람직하다.

상기 프로세서는 상기 정류기의 출력 전압을 모니터링하며, 상기 정류기의 출력 전압을 미리 설정된 전압값과 비교하여 상기 디지털 가변 저항들의 값들을 조절하여 상기 정류기의 출력 전압과 상기 미리 설정된 전압값이 일치하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 디지털 원격 감시제어회로는 상기 첫 번째 디지털 가변 저항 양단에 병렬로 연결된 첫 번째 TVS (transient voltage suppressor) 소자 및 상기 두 번째 디지털 가변 저항 양단에 병렬로 연결된 두 번째 TVS 소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

도 1은 종래의 정류기의 개략적인 구성을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라, 도 1에서의 고전압의 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 회로 구성을 블록 레벨로 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 구성을 더 상세하게 도시한 회로의 일 예를 도시한다.
도 4는 종래의 정전위 동작의 기능 설명을 위한 참조의 회로 도면이다.
도 5는 본 발명의 단속기 기능을 설명하기 위해서, 도 3의 DVR1의 가변 저항 부분의 회로와 유사한 구성을 다시 도시한 것이다.
도 6은 일반적인 경우에 배류기 기능을 제공하는 경우를 설명하기 위한 구성을 도시한 것이다.
도 7은 디지털 가변저항을 사용한 제어회로의 전형적인 구조를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따라서 디지털 가변저항을 사용한 정류기 제어회로 동작의 흐름의 예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따라, 도 1에서의 고전압의 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 회로 구성을 블록 레벨로 간략하게 도시한 것이다.

도 2의 회로는 CPU (200)의 제어 하에 저항 조절부 (210)의 가변 저항 값을 조절하여, OP-AMP부 (220) 양단의 전압값을 조절할 수 있다. 도 2의 정류기 (230) 및 SCR 구동 회로 (240)는 각각 도 1의 OP-AMP (OP-AMP3) (100) 및 SCR 구동 회로 (110)와 각각 실질적으로 동일한 구성이다.

도 3은 도 2의 구성을 더 상세하게 도시한 회로의 일 예를 도시한다. 상기와 같이 고전압에서도 동작할 수 있는 기능을 제공하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 도 3과 같은 구성을 가지는 OP AMP들을 사용한다.

도 3의 회로의 구성을 상기 설명된 정류기 동작에 관련하여 이하 설명한다.

정류기 동작

본 발명에 따른 도 3의 구성에서 디지털 가변저항 DVR1 내지 DVR3에 인가되는 전압은 OP AMP의 동작전압인 대략 - 15V 내지 + 15V 의 범위 내에 있게 되므로 위 문제를 해결할 수 있게 된다.

N 전압이 동일할 때 도 1에서의 VR1의 전류 I(VR1)와 도 3에서의 DVR3의 전류 I(DVR3)가 동일해지도록 도 3의 회로 변수를 조정함으로써, 즉 DVR1 및 DVR2의 값을 조정하여, 상기와 같은 본원 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.

그리고, 이런 경우 도 1의 VR1에서 SCR 구동 회로 쪽을 바라본 회로의 구성은 도 3의 R1에서 도 3의 SCR 구동 회로를 바라본 회로의 구성과 등가회로가 될 수 있다.

도 3에서 디지털 가변저항 3개 (DVR1 내지 DVR3)와 OP AMP 2개 (OP AMP1 및 OP AMP 2)를 사용한 목적은 2가지이다.

첫째로, 도 1에서 N 전압이 부극성인데 도 3의 본 발명에 따른 회로의 출력 전압이 동일한 부극성이 되게 하기 위해서 비-반전 (NON-INVERTING) OP AMP를 사용해서 회로를 구성하는 경우 이 OP AMP의 GAIN 범위가 항상 1보다 커지게 되어 정류기에서 요구하는 1 미만의 GAIN을 얻을 수 없다는 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 반전 (INVERTING) OP AMP 2단 (OP AMP1 및 OP AMP 2)을 연속으로 직렬로 연결된 회로 구성을 사용하였다. 즉, 첫 번째 OP AMP (OP AMP1)의 출력 단자는 R4의 저항을 통해서 두 번째 OP AMP (OP AMP2)의 반전 입력으로 연결된다. 그리고 두 번째 OP AMP (OP AMP2)의 출력단은 디지털 가변저항 DVR3을 통해서 도 1에 도시된 종래 정류기의 OP AMP3의 반전입력으로 연결된다.

둘째, 디지털 가변저항 한 개로 구성된 회로만으로는 정류기/배류기에서 요구하는 광범위한 출력전압 가변 범위를 커버할 수 없다. 따라서 두 번째 OP AMP (OP AMP2)에도 디지털 가변저항을 사용하여 최종적으로 출력전압이 0~140V까지 광범위하게 조정될 수 있게 하였다. 즉, 첫 번째 OP AMP (OP AMP1)의 반전 입력단과 출력단에 디지털 가변저항 (DVR1)이 병렬로 연결되며, 두 번째 OP AMP (OP AMP2)의 반전 입력단과 출력단에 디지털 가변저항 (DVR2)이 병렬로 연결되도록 구성된 것이다.

도 3에서는 OP AMP1 및 OP AMP 2의 두 개의 OP AMP만이 사용된 것으로 도시되지만, 필요에 따라서는 이 OP AMP의 개수 그리고 각 OP AMP에 병렬로 연결된 디지털 가변저항의 개수 그리고 TVS (아래에서 설명됨)의 개수 역시 증가될 수 있을 것이다.

부가적으로, 정류기는 도시가스 금속배관으로 유입되는 낙뢰 서지의 직접적 영향을 받아 정류기 회로가 파손되는 일이 잦다. 특히, 도 1의 종래의 회로 구성에서, N 전압을 0V에 가깝게 VR1을 조정해 놓은 경우 VR1 저항값은 0 옴에 가깝게 되어 높은 낙뢰 전류가 OP AMP3을 직접 충격하게 되고 그 결과 OP AMP3가 파손될 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해 본 발명에서 본 발명에 따른 도 3의 R1은 100K옴 정도의 높은 값의 고정저항을 사용함으로써 낙뢰가 발생하는 경우 낙뢰 전류를 현저히 낮아지게 하고, 그 결과 회로에 가해지는 충격이 최소화되도록 하는 효과를 제공한다.

더욱 바람직하게는, 도 3에서와 같이 OP AMP (OP AMP1, OP AMP2)와 디지털 가변저항 (DVR1, DVR2)에 병렬로 TVS (transient voltage suppressor) 소자를 달아서 이중으로 회로를 보호한다.

이 TVS는 다른 목적에도 기여하는데, 디지털 소자인 VR의 저항값을 급격히 조정하여 정류기의 출력전압(N)을 급격히 낮추거나 높이려 하면 OP AMP의 출력 전압이 일시적으로 전원전압(예: -12V) 근처에 도달하여 래치-업 (LATCH-UP) 현상에 의해 OP AMP의 정상 동작이 정지되는 현상이 발행할 수 있다. 이 경우 디지털 가변 저항인 VR (DVR1, DVR2)의 값을 아무리 조정해도 회로의 기능은 정상으로 회복되지 않을 것이며, 정류기 출력전압은 최고 전압에 고정되어, 그 결과 정류기 자체에 무리를 초래하고 결국 고장에 이를 수 있다.

이런 문제를 예방하기 위해서 TVS를 사용하는 것이 바람직하다. TVS의 항복 (BREAK DOWN) 전압을 조절해서 OP AMP의 포화 (SATURATION) 전압 미만이 되도록 하여, OP AMP의 래치-업 (LATCH-UP) 현상을 막을 수 있다.

정전위 동작

종래의 정류기는 정전위 동작을 위해 별도의 정전위 회로를 사용하였다. 그러나, 본 발명에서는 별도의 정전위 회로를 사용하지 않고, 본 발명에 따른 도 3의 회로를 이용하여 적절한 소프트웨어에 의한 CPU (200)의 제어를 이용하여 정전위 동작을 수행한다.

전위 전압은 센서나 별도의 탐지 회로 (도시되지 않음)를 통해서 도 2의 CPU (200)와 같은 프로세서가 항상 모니터링할 수 있을 것이다. 또한 CPU (200)는 필요에 따라서는 도 3에서와 같은 DVR1 및 DVR2의 가변 저항값을 조절할 수 있다.

상기 CPU (200)가 전위전압을 모니터링 하다가, 그 전위전압의 값이 미리 정한 설정값의 범위를 벗어나면 CPU는 가변 저항, 즉, DVR1 및 DVR2를 조정하여 저항값을 변경함으로써, 전위전압 값이 상기 미리 설정된 설정 범위 내의 값이 되도록 하는 제어를 실행할 수 있다.

이와 같은 제어 동작은 전위전압 값을 일정 범위 내에서 유지하도록 하는 정전위 동작을 수행하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 본 발명은 정류기 전위전압을 CPU (200)에서 상시로 모니터링하여 전위값이 설정값을 벗어나면 CPU (200)가 디지털 VR을 조정하여 전위값이 설정값 범위에 들어오게 하는 프로그램을 구동함으로써 정전위 동작을 구현할 수 있다.

위와 같은 내용을 좀 더 상세하게 설명한다.

도 4는 종래의 정전위 동작의 기능 설명을 위한 참조의 회로 도면이다. 이와 같은 종래 회로의 기능은 필요한 경우를 제외하면 별도의 설명은 생략한다. 도 4의 회로는 종래의 정전위 회로의 기능을 하는, 즉, 예를 들면, 도시가스 배관의 전위를 측정하여 항상 설정 전위를 유지하도록 정류기 출력 전압을 제어하는 회로의 기능을 할 수 있는 회로 구성의 예를 도시한 것이다. 그리고, 도 4의 WR870302라고 표기한 소자가 정류기 메인 제어회로 기능을 하며, WRZ-9211이라고 표기한 소자가 정전위회로이다. 도 4에서의 모든 구성이 본 발명에서 사용되는 것은 아닐지라도, 일부의 구성이 본 발명에서도 사용될 수 있을 것이라는 것은 본 발명이 속한 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

도 4와 같은 구성에서 우측 중간의 원문자 TP 단자는 대지에 심어진 전극봉에, 원문자 AZ 단자는 도시가스 금속 배관에 연결되어 있다. 이 경우 "전위"라 함은 대지와 배관 사이의 전압, 즉 TP 단자와 AZ 단자 간 전압을 의미한다. 종래 정류기의 정전위 회로는 TP와 AZ 사이의 전압과 설정 전압을 비교하여 그 차이 값을 정류기 출력 전압 조정회로에 인가하여 정류기 출력 전압, 즉, 원문자 P2와 N 단자들 사이의 전압을 조정한다. 이처럼 정류기 출력 전압이 바뀌면 그에 상응하여 TP 단자와 AZ 단자 간 전압인 전위도 바뀌게 되고, 그 결과 원하는 전위를 얻게 된다. 즉, TP와 AZ 단자들로 도시가스 배관 전위가 입력되면 종래의 정전위 회로는 이를 설정 전위와 비교하여 배관 전위와 설정 전위의 두 값이 같아지도록 정류기의 DC 출력전압인 P2 와 N 단자 사이의 전압을 자동 조정한다.

이와 같은 종래의 정류기의 정전위 회로의 동작에 비교하면 본 발명에 따른 정전위 동작은 다음과 같다.

본 발명은 도 4와 같은 종래의 정전위 회로를 두지 않고, 즉, 도 4에서 WRZ-9211와 같은 소자를 사용하지 않고, 별도의 전위 측정 회로(도시되지 않음)를 두어 이를 통해 CPU가 읽은 전위 값(예: -1.9V)과 설정값(예: -1.8V)을 비교하여 서로 같아지도록 CPU가 정류기 동작을 제어한다. 이런 제어에 대해서는 상기에서 설명되었다. 그 결과, 본 발명에 따른 구성에서는 종래의 정전위 회로의 구성 (예를 들면, 도 4의 WRZ-9211)을 사용할 필요가 없게 된다.

본 발명에 따른 도 3의 구성을 통해서 이런 정전위 동작과 위에서 설명된 정류기 동작이 필요에 따라서 수행될 수 있다. 다만, 정류기 동작은 미리 정해진 정류기 설정 전압을 정류기가 출력하도록 하는 것이고 (정전압), 정전위 동작은 미리 정해진 전위 설정 전압을 정류기가 출력하도록 (정전위) 하는 것이 다를 뿐이다.

본 발명에 따른 구성을 포함하는 회로가 구비된 장치가 설치될 실제의 현장에서 보면, 정전위 동작 모드에서, 정류기의 부하 변동에 따라 정류기 출력 전압은 변화하지만 전위 전압은 움직이지 않는 것이 관찰될 수 있다. 본 발명의 정전위 동작 방식은 CPU와 소프트웨어가 관여하기 때문에 종래의 정전위 회로 방식에 비해 반응이 조금 느릴 수 있을 것이다. 종래 방식은 전위가 변하지 못하도록 동작한다면 본 발명의 방식은 전위가 일단 변하면 그 변한 결과를 피드백하여 제어를 하기 때문이다. 다만, 예컨대, 배관의 전위가 0.5 초 동안 설정치를 벗어나 있었다고 배관 부식이 진행되는 것이 아니라 매우 장기간 벗어나 있어야 부식이 서서히 진행되는 것이기 때문에, 이런 정도의 느린 반응은 실용성 면에서는 전혀 문제될 것이 없다는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 도 3의 회로를 이용하면, 별도의 정전위 회로가 불필요해지므로, 그 결과 정류기 회로가 더욱 간단해질 수 있도록 하여 고장이 발생할 확률을 낮아지게 하며, 장치의 유지 보수 비용이 절감되게 하는 효과를 얻을 수 있게 한다. 그러면서도, 정전위를 달성하는 시간에 있어서도 종래의 경우와 실질적으로 동일한 기능을 제공하여, 배관 부식과 같은 부작용이 더 발생하지는 않도록 하는 기능을 제공할 수 있다.

단속기 ( INTERRUPTER ) 기능

단속기 기능의 목적은 정류기에서 배관에 공급하는 전류를 수 초 간격으로 단속하여 지상의 배관탐지 장비에 도움을 주는 것이다. 종래의 정류기는 TWIN TIMER를 사용하여 정류기의 출력시간(T1)과 휴지시간(T2)을 설정하고 타이머 (TIMER) 접점을 정류기 전류제한회로에 연결하였다.

도 5는 본 발명의 단속기 기능을 설명하기 위해서, 도 3의 DVR1의 가변 저항 부분의 회로와 유사한 구성을 다시 도시한 것이다. 본 발명에서는 도 2에 도시된 CPU (200)에서 전류제한용 디지털 가변저항(예를 들면, 도 5의 DVR4)을 조정하여 예를 들면, T1 시간에 0옴 (정류기 정상 출력 동작), T2 시간에 100K옴 (정류기 출력전류 0)이 되도록 하여, 본 발명에 따른 도 3의 회로가 단속기의 기능을 제공할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에 따른 도 3의 회로의 구성에서 적절한 프로그램을 실행시키는 제어를 통해서 CPU (200)를 제어하여, 디지털 가변저항 (DVR1 및 DVR2)의 저항값을 조정하여, 그 결과 별도의 단속기 기능의 회로가 없이도 본 발명은 단속기의 기능을 제공할 수 있을 것이다.

그 결과, 본 발명을 통해서 단속기 기능을 위한 별도의 타이머 장치를 필요로 하지 않으면서도, 원거리에서 유선 또는 무선의 네트워크를 통해서 원격으로 CPU (200)를 제어하여 정류기의 단속기 기능이 동작하는 시간을 설정하거나 또는 단속기 기능의 사용 여부를 제어할 수 있게 되었다.

배류기 동작

배류기의 목적

지하철 선로에 인접한 도시가스 배관은 지하철 선로에서 유입되는 많은 양의 전류인 고전류의 영향을 받게 되어 배관의 전위가 정상 범위를 벗어날 수 있으며, 그 결과 배관의 부식을 유발할 수 있다. 이 문제는 통상의 정류기에서 해결할 수 없으며, 그 대책으로 지하철 선로에서 유입되는 고전류를 흡수하거나, 그 고전류의 영향을 중화시킬 수 있는, 예를 들면, 반대 극성을 가진 강력한 전류를 발생하기 위한 배류기가 필요하다.

종래의 배류기 또는 배류기 동작은 통상적으로 다음과 같은 절차에 의해 조정되고 동작한다. 이하의 예시에서는 배류기 출력전압 110V와 출력전류 20A로 가정한다.

1. 배류기 모드로 전환하여 전류제한 가변저항을 최대치로 조정해 놓는다. 가변저항의 값이 최대가 되면 출력 전류가 0이 된다. 도 5는 일반적인 경우에 배류기 기능을 제공하는 경우를 설명하기 위한 구성을 도시한 것이며, 이 가변 저항은 도 4에서는 우측 중간의 정류기 하단의 MAN 이라는 참조번호의 구성이 될 수 있다. 이 경우 가변저항을 최대치로 조정하면 도 5의 VR2의 값이 최대로 조절된다.

2. 정류기 모드로 전환하고 출력 전압을 110V가 되도록 가변저항, 예를 들면, 도 1의 VR1을 조정한다.

3. 배류기 모드로 복귀하고, 출력 전류가 20A가 되도록 전류제한 가변저항 (도 5의 VR2)을 조정한다. 이 작업은 실제 지하철 유입전류에 의해 배류기 전류가 극심하게 변동하는 상황에서 이루어진다. 따라서 작업자는 전류계 눈금을 계속 관찰하면서 순간 최대 전류가 20A가 되도록 전류제한 가변저항을 조정해야 한다.

이와 같은 조절은 항상 작업자의 동작에 의해서 수동으로 조절되어야만 하며, 이는 매우 번거로운 일이 될 것이다.

본 발명에서는 배류기용 전류제한 가변저항 대신 디지털 가변저항을 사용한다. 예를 들면, 도 5의 DVR4와 같은 디지털 가변저항을 사용할 수 있다.

종래의 경우에 전류제한 가변저항 (VR2)에 걸리는 전압은 비교적 낮으며, 이 전압값은 디지털 가변저항이 허용하는 전압 이내에 있게 된다. 따라서, 본 발명에서는 OP AMP의 도움을 받지 않고도 물리적 가변저항을 디지털 가변저항으로 직접 대치할 수 있다. 또한, 비정상 전압 인입으로 인한 파손을 방지하기 위해 전류제한 디지털 가변저항 (DVR4) 양단에도 병렬로 TVS를 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같은 종래의 수동의 배류기 조정절차를 CPU에 의해 자동으로 수행할 수 있도록 할 수 있다. 이와 같은 동작을 위해서 정류기에 릴레이와 같은 전환 스위치 기능을 하는 소자를 부착하고 (도시되지 않음), 예를 들면, CPU (200)에 의해서 이 릴레이의 동작을 제어하여 릴레이의 상태에 따라서 CPU (200)가 정류기 모드 또는 배류기 모드에 따른 동작을 직접 선택하는 CPU 제어 모드로 수행할 수 있도록 할 수 있을 것이다.

정류기 모드 또는 배류기 모드를 선택하는 것은 미리 정해진 조건에 따라서 CPU (200)가 자동적으로 설정할 수 있을 것이며, 또는 사용자나 오퍼레이터의 조작에 의해서 선택될 수도 있을 것이다.

예를 들면, 사용자가 배류기 모드로 설정하면, CPU (200)는 다음 순서로 배류기 동작을 수행할 수 있다. 이 경우 상기에서의 예와 마찬가지로, 배류기 출력전압 110V와 출력전류 20A로 가정한다.

1. 예를 들면, CPU에 의한 설정을 통해서 기본적인 배류기 모드로 설정한다 (이는 CPU에 의한 설정 외에도 또는 사용자에 의한 수동의 설정이 가능할 것이다). CPU에 의해서 설정되는 경우에, 예를 들면, 릴레이 (도면에는 도시되지 않음)와 같은 소자를 CPU가 제어하여 배류기 모드로 설정할 수 있을 것이다.

2. CPU (200)가 전류제한용 디지털 가변저항(도 4의 DVR4)의 값을 최대치로 조정하여 출력전류를 0으로 만든다.

3. CPU가 릴레이를 조절하여 CPU 제어 모드로 전환한다. 이제 타이머의 상태에 무관하게 항상 CPU에서 정류기 모드와 배류기 모드를 선택 제어할 수 있게 된다.

4. CPU가 릴레이를 조절하여 정류기 모드로 전환한다.

5. CPU가 전압조정용 디지털 가변저항(도 3의 DVR1 내지 DVR3)을 조정하여 정류기 출력전압을 110V로 맞춘다.

6. CPU가 릴레이를 조절하여 배류기 모드로 복구한다.

7. CPU가 전류제한용 디지털 가변저항(도 5의 DVR4)을 천천히 조정하여 피크 전류가 20A가 되게 한다. 이 경우 지하철 운행에 따라 지하철 배선으로부터의 전류가 심하게 변동하므로 충분한 시간을 두고 조정이 이루어지도록 하는 것이 필요할 수 있다.

8. 릴레이를 조절하여 CPU 제어 모드를 해제한다. 이제는 타이머의 상태에 따라 정류기 모드와 배류기 모드가 선택된다.

이상의 동작을 본 발명에 따른 회로를 이용하여 CPU가 자동으로 수행하기 때문에 사용자가 배류기 현장에 출동할 필요가 없이 원격으로 CPU에게 명령을 내리는 것만으로 배류기 조정과 동작을 시행할 수 있다.

도 7은 디지털 가변저항을 사용한 제어회로의 전형적인 구조를 도시한다.

즉, 도 7에서 CPU가 시리얼 인터페이스를 통하여 설정값을 입력하면 디지털 가변저항의 저항 값이 상기 설정값으로 조정되어 OP AMP 회로에 적용된다. 이 OP AMP 회로는 예를 들면 상기에서 설명된 본 발명에 따라서 OP AMP를 사용한 회로일 수 있다.

도 8은 본 발명에 따라서 디지털 가변저항을 사용한 정류기 제어회로 동작의 흐름의 예를 도시한 것이다.

도 8의 정류기 제어회로 동작의 흐름은 다음과 같다.

1. 도 8의 동작을 이용한 제어를 통해서 실제로 얻어지는 정류기 출력 전압을 Vo라 하며, 이 출력 전압은 A/D 컨버터와 같은 소자를 통해서 CPU (200)에게 전달한다. 즉, 상기 CPU는 필요에 따라서 출력 전압 Vo의 값을 읽을 수 있다. 이 경우 비교의 기준이 되는 전압값인 설정 전압을 Vs라 하면, 이 설정 전압의 값은 사용자에 의해서 키보드 또는 시리얼 통신과 같은 수단을 통해서 상기 CPU가 액세스할 수 있는 메모리에 미리 저장될 수 있을 것이다.

Vo는 도 3의 "SCR 구동 회로" 후단의 SCR 소자 이후의 도시되지 않은 회로 최종 출력 전압으로, 종래의 경우인 도 4에서는 우측 중간의 P2 단자와 N 단자 사이의 전압에 대응한다. 실제의 구현에 있어서는 도 4의 상단 중간의 RTU-P와 RTU-N으로 표시된 지점들 각각을 본 발명에 따른 도 3의 P와 N에 각각 연결할 수 있을 것이다.

2. CPU (200)는 상기 메모리에 저장된 정류기의 출력 전압 Vo를, 예를 들면, A/D 컨버터를 통해 읽어서 미리 설정된 Vs와 비교한다.

3. Vo < Vs 이면 CPU (200)는 디지털 가변저항 DVR1 내지 DVR2의 저항값을 감소시켜 도 3의 OP AMP1 내지 OP AMP2 의 이득 (Gain)을 낮추거나, 또는 DVR3의 저항값을 증가시켜 OP AMP3의 이득을 낮추어 Vo의 부궤환(Negative Feedback)량을 감소시켜 SCR 구동 회로에 인가함으로써 Vo를 높여 Vo = Vs가 되게 한다.

4. Vo > Vs 이면 CPU (200)는 디지털 가변저항 DVR1 내지 DVR2의 저항값을 증가시켜 OP AMP1 내지 OP AMP2 의 이득을 높이거나, DVR3의 저항값을 감소시켜 OP AMP3의 이득을 높여 SCR 구동 회로에 인가함으로써 Vo를 낮추어 Vo = Vs가 되게 한다.

상기와 같은 동작들을 통해서, 본 발명은 정류기 제어 회로를 동작시킬 수 있다.

상기와 같이 개시된 본원 발명의 구성을 이용하면 다음과 같은 응용도 가능할 수 있을 것이다. 아래에서의 설명은 본원 발명의 응용 분야를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 필수적인 부분은 아니다. 따라서, 이하에서는 개략적인 설명만이 추가될 것이며, 필요한 경우를 제외하면 상세한 설명은 생략될 것이다.

본 발명에 따른 원격 정/배류기 장치를 이용해서 전기철도에서의 레일과 대지와의 관계 또는 레일과 가스 배관 사이의 전류 관계를 원격으로 조사 측정함으로써, 전기철도 레일의 상태를 알 수 있다.

1. 레일과 대지 사이의 전압 (R/S) 측정

조합전극을 레일의 옆에 설치하고 이것과 레일사이의 전압을 측정한다. 즉, 본 발명에 따른 원격 감시/제어 장치의 양 극 단자에 레일을 연결하고 그리고 조합 전극을 대지에 접속시킨다.

통상 관대지 전위와 지표면 전위구배 관내전류 등과 상기 레일과 대지 사이의 전압인 R/S를 동시에 측정하여 CDMA통신과 같은 통신을 통하여 상황실 모니터에 기록한다. 그리고 24시간 시간 단위별로 이를 계속 측정하면 전차가 왕복함으로 인해서 R/S에 미치는 영향이 어느 정도인지 파악할 수 있다.

예를 들어서, 레일과 대지 사이의 전압인 R/S > 0 일때는 레일에서 대지로 누설 전류가 유출되는 것이고, R/S < 0일 때에는 대지에서 레일로 누설전류가 유출 됨을 알 수 있다.

2. 레일과 (가스)관 사이의 전압 (R/P) 측정

레일과 가스관에 본 발명에 따른 원격 감시/제어 장치 채널의 (+)측과 (-)측을 각각 접속하며, 이를 통해서 레일과 관 사이에 전압을 측정하여 CDMA통신을 통하여 상황실 모니터에 기록한다.

이 경우 R/P > 0 일 때에는 레일에서 관에 누설전류가 유입하여 관과 대지 사이의 전압인 P/S는 -550mv보다도 낮게 나타난다. 또한 R/P < 0 때에는 관에서 레일로 누설전류가 유출하여, P/S는 -550mv보다도 높게 나타남을 알 수 있다.

3. 배류기 역전압 감시 기능

전철부하의 변동, 전철 변전소 사이의 부하부담의 변화 등으로 인해 배관방식인 피방식 구조물이 레일에 대해 부전위가 되어 역류가 흐르면서, 레일에 연결된 본 발명에 따른 배류기 기기에 미치는 영향을 파악하여 배관의 상태를 파악할 수 있다. 예를 들면, 역전압이 발생하는 경우의 시각과 그 원인을 파악할 수 있으며, DC 출력 역전압 상태 (즉, 음의 전압 값에서 양의 전압값으로 역전되는 상태) 및 그때의 역전압량을 파악할 수 있으며, 이 결과들은 CDMA통신을 통하여 상황실 모니터에 기록되며, 이를 24시간 시간 단위별로 계속 측정할 수 있다.

4. 배관 대 대지 사이의 전압 (P/S 전위) 측정 기능

가스 배관과 대지 사이에 누설 전류가 있는가를 측정하여 감시하며, 24 시간 자동적으로 모니터링할 수 있다.

종래에 상기 R/S 측정, R/P 측정, 배류기 역전압 감시 기능이 없는 것은 아니지만 이는 수동적이며 자동적으로 원격으로 제어하는 것이 곤란했지만, 본 발명에 따른 수단을 이용한 원격 정/배류기 장치를 통하여, 중앙 상황실에서 원격 제어를 통해서 자동적으로 24시간 모니터링할 수 있는 수단이 제공된다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 상기의 설명에 포함된 예들은 본 발명에 대한 이해를 위해 도입된 것이며, 이 예들은 본 발명의 사상과 범위를 한정하지 않는다. 상기의 예들 외에도 본 발명에 따른 다양한 실시 태양이 가능하다는 것은, 본 발명이 속한 기술 분야에 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한 본 발명에 따른 처리의 일부는 일반적인 프로그래밍 기법을 이용하여 소프트웨어적으로 또는 하드웨어적으로 다양하게 구현할 수 있다는 것은 이 분야에 통상의 기술을 가진 자라면 자명하고 용이하게 알 수 있는 것이다.

본 발명은 고압의 가스 배관을 모니터링하여, 원격으로 정류기와 배류기의 기능을 조절하는 분야에서 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 정류기 디지털 원격 감시제어회로에 있어서,
   증폭기;
   상기 증폭기 양단에 연결되어 상기 증폭기에서 정류기로 출력되는 전류 값을 조절하는 디지털 저항 조절부; 및
   상기 디지털 저항의 값을 가변으로 조절하는 프로세서를 포함하며,
   상기 증폭기는 직렬로 연결된 둘 이상의 OP AMP를 포함하며,
   상기 증폭기가 직렬로 연결된 두 개의 OP AMP를 포함하는 경우,
   첫 번째 OP AMP의 출력 단자는 두 번째 OP AMP의 반전 입력으로 연결되며, 상기 두 번째 OP AMP의 출력단은 상기 정류기로 연결되며, 그리고
   상기 디지털 저항 조절부는 상기 첫 번째 OP AMP의 반전 입력과 출력단에 병렬로 연결된 첫 번째 디지털 가변 저항 및 상기 두 번째 OP AMP의 반전 입력과 출력단에 병렬로 연결된 두 번째 디지털 가변 저항을 포함하는, 디지털 원격 감시 제어 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 유선 또는 무선을 통해서 사용자로부터 원격으로 접속 가능한, 디지털 원격 감시 제어 회로.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 정류기의 전위를 모니터링하며,
   상기 전위의 전압의 값이 미리 정한 설정값의 범위를 벗어나면 CPU는 가변 저항들의 값을 조정하여 상기 OP AMP들의 이득 (gain)을 조절함으로써, 상기 전위 전압의 값이 상기 미리 설정된 설정 범위 내에 위치하도록 하는, 디지털 원격 감시 제어 회로.
6. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 디지털 가변 저항들 중 적어도 하나의 값을 조절하여,
   상기 정류기로의 전류가 제1 시간 동안 최대로 흐르거나 또는 제2 시간 동안 흐르지 않도록 하여 상기 정류기로 출력되는 전류를 단속하는, 디지털 원격 감시 제어 회로.
7. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 정류기의 출력 전압을 모니터링하며,
   상기 정류기의 출력 전압을 미리 설정된 전압값과 비교하여,
   상기 디지털 가변 저항들의 값들을 조절하여 상기 정류기의 출력 전압과 상기 미리 설정된 전압값이 일치하도록 하는, 디지털 원격 감시 제어 회로.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 첫 번째 디지털 가변 저항 양단에 병렬로 연결된 첫 번째 TVS (transient voltage suppressor) 소자; 및
   상기 두 번째 디지털 가변 저항 양단에 병렬로 연결된 두 번째 TVS 소자를 더 포함하는, 디지털 원격 감시 제어 회로.

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