KR101771625B1 - 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로 및 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로(30)에 관한 것으로서, 이 제어 회로는 하나 이상의 제1 출력(15) 및 2개 이상의 제2 출력(16)을 포함하며, 이 제2 출력을 통해서 제어 회로(30)가 2개 이상의 접촉기를 위한 2개 이상의 제어 보빈의 단자에 접속될 수 있다. 또한, 제어 회로(30)는 유지 전압 유닛(10)을 포함하며, 이 유지 전압 유닛은 자신의 출력(6)을 통해 하나 이상의 제1 출력(15)에 접속되어 있고, 제어 보빈을 위한 유지 전류를 조정하기 위한 유지 전압을 자신의 출력(6)에 제공하도록 설계되었다. 본 발명에 따라, 제어 회로(30)는 조절 회로(20)를 구비하며, 이 조절 회로는 전기 접속부(8) 및 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 접속되어 있고, 전기 접속부(8) 내부로 흘러들어가는 전류에 따라 제어 신호를 발생하도록 그리고 이 제어 신호를 유지 전압 유닛(10)으로 전송하도록 설계되었다. 본 발명은 또한 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.

Description

2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로 및 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법 {Control circuit for at least two contactors and method for operating at least two contactors}
본 발명은 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로에 관한 것으로서, 이 제어 회로는 조절 회로를 구비하며, 이 조절 회로에 의해서는 전류가 접촉기의 제어 보빈을 통해서 조절될 수 있다.
두드러지게 나타나는 사실은, 미래에는 정적인 적용 예들에서뿐만 아니라 하이브리드 차량 및 전기 차량과 같은 차량들의 경우에도, 신뢰성 측면에서 매우 높은 요구 수준이 제기되는 배터리 시스템의 사용이 증가할 것이라는 것이다. 이러한 사실에 대한 배경은, 배터리의 고장이 안전과 관련된 문제점을 야기할 수 있다는 것이다. 개별 적용 예에서 요구되는 출력을 제공하기 위하여, 통상적으로는 다수의 배터리 셀이 직렬로 접속되고, 이로 인해 배터리의 높은 출력 전압이 나타나게 되며, 이와 같은 높은 출력 전압은 적절한 조치 없이 배터리를 통해 전력을 공급받는 장치의 상응하는 전력 공급 라인에 지속적으로 인가되고, 관리자 또는 사용자에게 위험 요소가 될 수 있다. 이와 같은 이유에서 일반적으로는, 배터리를 전기적으로 분리시킬 수 있기 위하여 접촉기가 제공된다. 전기식 구동 모터를 구비하는 자동차의 경우에는 통상적으로 배터리의 플러스 극에 뿐만 아니라 마이너스 극에도 접촉기가 설치되며, 이 접촉기는 배터리의 고 전압용으로 설계되었고, 1,000A 이상의 단락 전류에서도 배터리를 신뢰할만하게 분리시킬 수 있어야만 한다.
접촉기의 스위치 온 및 스위치 오프는 통상적으로 전자식 출력단을 통해서 이루어지거나, 접촉기의 제어 보빈에 전류를 공급하는 제어 회로를 통해서 이루어진다. 이때 제어 출력은 무시할 수 있을 정도로 적지는 않다. 하지만, 스위치 온 과정에서는 접촉기를 신뢰할만하게 기동(starting)시키기 위하여, 폐쇄된 상태에서 콘택을 연이어 유지시키기 위하여 필요한 것보다 훨씬 더 높은 제어 전류가 필요하다. 이와 같은 이유에서, 접촉기의 제어를 두 가지 모드, 즉 기동 모드 및 유지 모드(또는 기동 단계 및 유지 단계)로 세분하는 것이 통상적이다. 개별 모드에서 특징적인 것은, 제어 전류의 레벨이 유지 모드 동안보다는 기동 모드 동안에 더 높다는 것이다. 본원에서는 기동 레벨 및 유지 레벨로 언급된다. 이때 기동 모드는 단지 접촉기의 스위치 온(폐쇄)을 위해서만 요구되고, 그 기간은 상대적으로 짧다. 대부분의 사용 기간 동안 접촉기는 출력을 절약하는 유지시 모드에서 작동된다. 그렇기 때문에, 접촉기를 제어하기 위한 제어 회로는 두 가지 작동 모드를 제공할 수 있어야만 한다.
독일 공개 특허 출원서 DE 10 2010 041 018 A1호에는, 접촉기의 제어 보빈을 위한 유지 전류를 자신의 출력 측 출력으로 출력하도록 설계된 유지 전류 유닛을 포함하는, 접촉기를 제어하기 위한 장치가 공지되어 있다. 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2010 041 018 A1호에 개시된 장치에 의해서는, 하나 이상의 접촉기가 바람직하게는 기동 단계 동안에 그리고 유지 단계 동안에 일정한 전압의 상이한 전압 레벨로 제어될 수 있다.
하지만, 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2010 041 018 A1호에 개시된 장치 내부에 사용된 부품들은 특히 접촉기의 제어 보빈의 권선 저항, 온도 종속성 그리고 제조로부터 기인되는 부품 파라미터들의 편차를 갖는다. 또한, 유지 전류 유닛에 의해서 발생 되는 유지 전압은 생산 시간을 위해 확정된 값에 맞추어서 조정된다. 그렇기 때문에, 관련 부품들은, 극단의 온도가 존재하는 경우에도 반드시 필요한 유지 전류가 유지 전류 유닛에 의해서 제공될 수 있도록 설계되어야만 한다. 그러나 부품들의 전도성 및 그로 인한 전류 흐름이 예를 들어 접촉기의 제어 보빈에 의해서 야기되는 경우와 동일하게 온도에 의해서 변동되기 때문에, 원래 요구된 전류를 위해서 필요한 것보다 크게 부품들을 치수 설계해야만 한다.
이와 같은 이유에서, 예를 들어 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2010 041 018 A1호에 개시된 장치의 유지 회로 내에 사용된 부품들은 66%까지 더 크게 치수 설계되어야만 하며, 이와 같은 필연성은 부품들을 위해서 반드시 필요한 설치 공간 및 비용을 과도하게 증가시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제의 적어도 일부를 해결할 수 있도록 하기 위해, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로 및 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법을 제공하려고 한다.
본 발명에 따라, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로가 제공되며, 이 제어 회로는 제1 및 제2 단자를 포함하고, 이들 단자를 통해서 제어 회로가 에너지 저장 장치의 극들에 접속될 수 있다. 또한, 이 제어 회로는 하나 이상의 제1 출력 및 2개 이상의 제2 출력을 포함하며, 이 제2 출력을 통해서 제어 회로가 2개 이상의 접촉기를 위한 2개 이상의 제어 보빈의 단자에 접속될 수 있다. 2개 이상의 제2 출력은 각각 하나의 전기 접속부를 통해 제2 단자에 접속되어 있다. 또한, 이 제어 회로는 유지 전압 유닛을 포함하며, 이 유지 전압 유닛은 출력 및 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 구비하고, 자신의 출력을 통해 하나 이상의 제1 출력에 접속되어 있으며, 제어 보빈을 위한 유지 전류를 조정하기 위하여 유지 전압을 자신의 출력에 제공하도록 설계되었다. 본 발명에 따라, 제어 회로는 조절 회로를 구비하며, 이 조절 회로는 전기 접속부 및 유지 전압 유닛의 입력에 접속되어 있고, 전기 접속부 내부로 흘러들어가는 전류에 따라 제어 신호를 발생하도록 그리고 이 제어 신호를 유지 전압 유닛으로 전송하도록 설계되었다.
이와 같은 제어 유닛에서의 장점은, 조절 회로를 통한 유지 전압 유닛의 추후 제어가 접촉기의 제어 보빈을 통해서 흐르는 전류에 따라 가능해진다는 것이다. 따라서, 유지 전압 유닛에 의해서 제공되는 유지 전압 또는 제공된 유지 전압에 의해서 야기되는 유지 전류는, 제어 회로에 접속된 제어 보빈에 의해서, 제어 보빈 자체를 통해 흐르는 전류 흐름에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 전류가 각각의 시점에 제어 보빈에 의해서 정확하게 조정될 수 있는 상황이 보장될 수 있다. 제어 회로의 구현을 위해서 사용된 부품들은 더 이상 임시로 과도하게 치수 설계될 필요가 없으며, 이로 인해 제어 회로의 구현을 위한 비용 및 반드시 필요한 설치 공간이 현저하게 줄어들 수 있다.
바람직한 일 실시 예에서, 유지 전압 유닛은 자신의 출력에 제공된 유지 전압의 양을, 제어 신호를 수신할 때에 상기 제어 신호에 상응하게 변경시키도록 설계되었다. 그럼으로써, 예를 들어 유지 전압 유닛 또는 제공된 유지 전압 및 그와 더불어 제1 출력 내부로 출력된 유지 전류의 선형 조절이 가능해진다. 이때, 제어 신호의 유형은 유지 전류의 변경 유형을 결정한다.
바람직하게, 조절 회로는 최소 전류-선택 회로를 포함하며, 이 최소 전류-선택 회로는 출력을 구비하고, 전기 접속부를 통해서 흐르는 전류의 실제값을 측정하도록 그리고 측정된 전류 실제값의 최소값(Imin)을 자신의 출력을 통해 출력하도록 설계되었다.
도 3의 참조번호 5의 박스는 회로가 참조번호 41 및 42의 스위치들의 출력단에서의 양 전압들 중에서 어떻게 최소를 선택하고 그리고 그 전압을 저항(4)으로 어떻게 보내는가를 보여준다.
특히 바람직하게, 최소 전류-선택 회로는 저항 및 각각의 전기 접속부마다 각각 2개의 입력 및 하나의 출력을 갖는 정밀 정류기를 구비하며, 이 경우 각각 하나의 전기 접속부는 정밀 정류기의 각각 하나의 입력에 접속되어 있는 한편, 개별 정밀 정류기의 각각의 다른 입력은 개별 정밀 정류기의 출력으로 리턴되었으며, 이 경우 모든 정밀 정류기의 출력은 저항의 일 단자에 접속되어 있다.
바람직하게, 정밀 정류기는 반(返) 결합(back coupling) 된 연산 증폭기로서 구현되어 있으며, 이 경우 이 연산 증폭기의 반 결합 분기들은 각각 하나의 다이오드를 구비하며, 이 경우 다이오드의 음극은 각각 자신의 개별 연산 증폭기의 출력에 접속되어 있는 한편, 다이오드의 양극은 자신의 개별 연산 증폭기의 반전 입력에 접속되어 있다. 이와 같은 정밀 정류기 회로에 의해서는, 마찬가지로 최소 전류 선택이 구현될 수 있고, 또한 장착된 다이오드의 순 방향 바이어스는 실온에서, 다시 말해 다이오드의 오프셋 상태에서 보상될 수 있다. 그럼으로써, 다이오드를 구비하는 정밀 정류기에 의해 구현된 최소 전류-선택 회로가 제공될 수 있으며, 이 회로에 의해서는 전기 접속부를 통해서 흐르는 전류의 실제값의 매우 정확한 측정이 가능하다. 또한, 이때 사용된 연산 증폭기는 단락에 안정적이고, 주파수 보상을 필요로 하지 않으며, 큰 입력 전압 범위를 가지며, 적은 출력을 소비한다.
전술된 실시 예들 중에 일 실시 예의 바람직한 일 개선 예에서, 조절 회로는 제1 조정 회로를 구비하며, 이 제1 조정 회로의 입력은 최소 전류-선택 회로의 출력에 접속되어 있고, 상기 제1 조정 회로의 출력은 유지 전압 유닛의 입력에 접속되어 있다. 바람직하게, 상기 제1 조정 회로는, 자신의 입력 내부로 흘러들어가는 전류를 기준값과 비교하고, 이 비교 결과에 따라 유지 전압 유닛을 위한 유지 전압을 조정하기 위해 제1 제어 신호를 발생시키며, 이 제어 신호를 유지 전압 유닛으로 전송하도록 설계되었다. 그럼으로써, 제어 회로 내부에는 외부 조절 루프가 구현되어 있으며, 이 외부 조절 루프는 제어 보빈을 통해서 리턴된 유지 전류에 의해 작동하고, 중첩된 외부 전류 조절기로서 간주 될 수 있다.
상기 실시 예의 바람직한 일 개선 예에서, 기준값은 제어될 접촉기의 최소로 필요한 유지 전류(Imin)에 상응한다. 그럼으로써, 유지 전압 유닛에 의해 제공된 유지 전압 또는 이 유지 전압 유닛에 의해 생성된 유지 전류가 제어 회로에 접속된 접촉기의 제어 보빈에 의해서 항상 최소로 필요한 유지 전류(IHmin)와 같거나 그보다 큰 크기를 갖도록, 유지 전압 유닛을 조절하는 것이 가능해진다. 이때 IHmin은, 기동 된 상태에서 유지 단계 동안에 개별 접촉기를 유지시키기 위하여, 적어도 제어 보빈을 통해서 흘러야만 하는 바로 그 전류이다.
상기 실시 예의 바람직한 일 개선 예에서, 제1 제어 신호는 항상 유지 전압 유닛의 출력에서 최소로 필요한 유지 전압을 조정하기 위해서 반드시 필요한, 유지 전압 유닛을 위한 제어 신호에 상응한다. 이와 같은 방식에 의해서는, 제어 보빈을 통해 항상 최소로 필요한 유지 전류(IHmin)가 흐르는 상황이 제2 조정 회로를 통해서 계속 보장될 수 있다. 이와 같은 실시 예에 의해서는, 내부 조절 루프에 관여하는 외란(disturbance), 예컨대 유지 전압 유닛의 입력 전압의 변동이 또한 상기 구간에서 직접 조절될 수 있다. 내부 조절 루프는 유지 전압 유닛에 의해서 제공된 유지 전압과 목표값 간의 차이에 직접 반응하며, 이 경우에 이와 같은 직접적인 반응은 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류의 편차 및 이와 더불어 외부 조절 루프에 관여하는 외란을 야기하지 않는다. 이때, 최소로 필요한 유지 전압은, 제어 회로에 접속된 접촉기의 각각의 제어 보빈 내에서 전류 - 이 전류의 크기는 적어도 최소로 필요한 유지 전류(IHmin)에 상응함 - 의 흐름을 야기하기 위해 필요한, 유지 전압 유닛의 출력에서의 전압에 상응한다.
바람직하게, 조절 회로는 제2 조정 회로를 포함하며, 이 제2 조정 회로는, 제1 조정 회로에 의해서 발생 된 제1 제어 신호를 유지 전압 유닛의 출력에 제공된 유지 전압과 비교하고, 이 비교 결과에 따라 제1 제어 신호에 추가의 제어 신호를 중첩시키도록 설계되었다. 그럼으로써, 제어 회로 내부에는 내부 조절 루프가 구현되어 있으며, 이 내부 조절 루프는 유지 전압 유닛의 출력에 제공된 유지 전압에 의해 작동하고, 중첩된 내부 전류 조절기로서 간주 될 수 있다. 이 경우, 제2 조정 회로의 제어 변수 또는 입력 변수는 제1 조정 회로에 의해서 발생 된 제1 제어 신호이다. 다시 말해, 내부 조절 루프는 외부 조절 루프로부터 유래하는 자신의 입력값과 관련이 있다.
바람직하게, 제2 조정 회로에 의해 각각 2개의 연속하는 추가 제어 신호의 형성 사이에 놓여 있는 평균 기간(T2)은, 제1 조정 회로에 의해 각각 2개의 연속하는 제1 제어 신호의 형성 사이에 놓여 있는 평균 기간(T1)보다 팩터 X만큼 더 작으며, 이 경우 X는 0보다 크고 1보다 작다(0 < X < 1). 그럼으로써, X에 걸친 제1 조정 회로와 제2 조정 회로 서로 간의 시간 특성이 확정되며, 이 경우 제1 조정 회로는 항상 제2 조정 회로보다 느리게 동작한다. 달리 표현하자면, 이와 같은 실시 예에서는 내부 조절 루프가 외부 조절 루프보다 빠르다. 따라서, 제1 조정 회로에 의해서 발생 되고 전송된 제1 제어 신호는 항상 제2 조정 회로에 의해서 검사되고 경우에 따라서는 보정된다.
바람직하게, 유지 전압 유닛은 스위칭 변환기로서 구현되었다.
또한, 본 발명은 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있으며, 이 방법은 2개 이상의 접촉기를 제어하기 위한 2개 이상의 제어 보빈 그리고 하나의 유지 전압 유닛을 포함하며, 이 유지 전압 유닛은 2개 이상의 제어 보빈에 접속되어 있고, 자신의 출력에서 발생 되는 유지 전압에 의해 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 전류 흐름을 야기하도록 설계되었다. 이 방법은 다음과 같은 방법 단계들을 포함한다: 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 기동 전류(starting current)를 유지 전압 유닛에 의해 제공하는 단계. 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류를 유지 전압 유닛에 의해 제공하는 단계. 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류를 서로 비교하고/비교하거나 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류 중에 최소 전류를 선택하는 단계. 최소 유지 전류를 기준 전류와 비교하는 단계. 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류 중에 최소 유지 전류를 기준 전류와 비교한 결과에 따라, 유지 전압 유닛의 출력에서 유지 전압을 제어하기 위하여 유지 전압 유닛을 위한 제1 제어 신호를 발생하는 단계. 유지 전압 유닛의 출력에 존재하는 유지 전압과 제1 제어 신호를 비교하는 단계. 제1 제어 신호와 유지 전압 유닛의 출력에 존재하는 유지 전압 간의 비교 결과에 따라, 유지 전압 유닛의 출력에서 유지 전압을 제어하기 위하여 유지 전압 유닛을 위한 제2 제어 신호를 발생하는 단계.
바람직하게, 기동 전류는 유지 전류보다 더 큰 값을 갖는다. 본 발명의 바람직한 개선 예들은 종속 청구항들에 기재되어 있고, 설명부에 기술되어 있다.
본 발명의 효과는 명세서의 해당되는 부분에 개별적으로 명시되어 있다.
본 발명의 실시 예들은 도면 및 이하의 설명을 참조하여 상세하게 설명된다. 도면 설명:
도 1은 선행 기술에 따른 제어 회로를 도시한 개략도이고,
도 2는 2개의 접촉기를 위한 본 발명에 따른 제어 회로의 일 실시 예를 도시한 개략도이며, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 제어 회로의 특별한 일 실시 예를 도시한 개략도이다.
도 1에는, 선행 기술에 따른 제어 회로(30)가 도시되어 있다. 그 중에 각각 단지 제어 보빈(50)만 도시되어 있는 2개의 접촉기를 제어하기 위한 제어 회로(30)는 제1 및 제2 단자(11, 12)를 통해 전압원(60)에 접속되어 있으며, 이 전압원은 제어 회로(30)에 전력을 공급하지만, 제어 회로(30)에 의해서 제어된, 접촉기를 제어하기 위한 전류도 제공한다. 접촉기의 제어 보빈(50)은 하나의 제1 출력(15) 및 2개의 제2 출력(16)을 통해서 제어 회로(30)에 접속되어 있다. 제어 회로(30)는 하나의 제1 스위치(41) 및 2개의 제2 스위치(42)를 구비하며, 이 경우 제1 스위치(41)는 전압원(60)의 제1 극과 제어 회로(30)의 제1 출력(15) 사이에 접속되어 있는 한편, 2개의 제2 스위치(42)는 각각 전압원(60)의 제2 극과 제어 회로(30)의 제2 출력(16) 중에서 각각 하나의 출력 사이에 접속되어 있는데, 다시 말하자면 각각 하나의 전기 접속부(8) 내부에서, 각각 출력(16) 중에 하나와 제2 단자(12)의 사이에 놓여 있다. 3개의 스위치(41, 42)가 동시에 폐쇄되면, 제어 보빈(50)이 직접 전압원(60)에 접속되고, 제어 보빈(50)의 접촉기를 기동시키기에 충분한 크기의 최대 전류가 흐르기 시작함으로써, 결과적으로 접촉기는 전도(conducting) 상태로 넘어가게 된다.
제어 회로(30)는 또한, 마찬가지로 전압원(60)으로부터 전력을 공급받는 유지 전압 유닛(10)을 구비한다. 유지 전압 유닛(10)은, 기동 단계에 후속하는 유지 단계 동안에 접촉기가 계속 폐쇄된 상태를 유지하게끔 하는 유지 전류의 흐름을 야기한다. 이때에는 기동 단계 동안과 같이 전자 기계식 접촉기의 관성이 극복될 필요가 없기 때문에, 제어 보빈(50)을 통해서 흐르는 적은 전류만으로도 이미 접촉기를 폐쇄된 상태로 유지시키기에 충분함으로써, 결과적으로 바람직하게는 전력 소비가 줄어들 수 있다. 그렇기 때문에, 유지 단계 동안에는 제1 스위치(41)가 재차 개방됨으로써 (그리고 경우에 따라서는 유지 전압 유닛(10)이 작동됨으로써), 결과적으로 제어 보빈(50)에는 단지 유지 전류만 흐르게 된다. 이때 유지 전류는 다이오드(45)를 통해서 흐르며, 이 다이오드는 유지 전압 유닛(10)과 제어 보빈(50) 사이에 접속되어 있고, 전류가 유지 전압 유닛(10)의 출력으로 흘러들어가는 것을 방지하는 과제를 갖는다.
추가로, 도 1에는 환류 다이오드(46)(free wheeling diode)가 제공되어 있으며, 이 환류 다이오드는 유지 전류의 스위치 오프의 경우에, 제어 보빈(50) 내부를 흐르는 전류를 위한 환류 경로를 제공해준다. 오프 단계는, 제2 스위치(42)도 개방되고, 경우에 따라서는 추가로 유지 전압 유닛(10)까지 정지함으로써 시작된다. 제어 보빈(50)이 자체 인덕턴스로 인해 자신을 통해서 흐르는 전류의 변동을 저지하기 때문에, 제어 보빈은 공급 전압으로부터 분리된 후에도 전류 흐름을 야기하게 되며, 이때 이 전류 흐름은 환류 다이오드(46)에 그리고 직렬 회로로 인해 다이오드(45)에도 접속된다. 제어 보빈(50)의 제2 단자도 전류를 도통시켜야만 하기 때문에, 이 경우에는 각각 높은 음(-)의 전압이 생성되며, 이와 같은 높은 음의 전압은 단자 전압 요소(47)(terminal voltage element)로서 이용되는 제너 다이오드의 섬락 현상(flash over)을 야기한다. 제어 보빈(50) 내부를 흐르는 전류 흐름이 신속하게 줄어듦으로써, 결과적으로 제어 보빈(50)의 자기장도 감소하게 되고, 개별 접촉기의 전압도 강하함으로써, 접촉기는 개방된다.
제1 스위치(41), 제2 스위치(42) 그리고 경우에 따라 유지 전압 유닛(10)은 하나의 제어 유닛(35)에 의해서 제어된다.
도 2에는 2개의 접촉기를 위한 본 발명에 따른 제어 회로(30)의 일 실시 예가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 제어 회로(30)는 제1 및 제2 단자(11, 12)를 구비하며, 이들 단자를 통해 제어 회로(30)가 에너지 저장 장치의 극에, 예를 들면 저전압 배터리의 단자에 접속될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제어 회로(30)는 하나의 제1 출력(15) 및 2개의 제2 출력(16)을 구비하며, 이들 출력을 통해서는 제어 회로(30)가 2개의 접촉기를 위한 2개의 제어 보빈의 단자에 접속될 수 있다. 이 경우 제1 출력(15)은 각각 제1 단부에 또는 2개 제어 보빈의 제1 단자에 접속될 수 있는 한편, 제1 제어 보빈의 제2 단부는 제2 출력(16)의 제1 단부에 접속될 수 있는 한편, 제2 제어 보빈의 제2 단부는 제2 출력의 제2 단부에 접속될 수 있다. 이때, 2개의 제2 출력(16)은 각각 하나의 전기 접속부(8)를 통해 제어 회로(30)의 제2 단자(12)에 접속되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 제어 회로(30)는 유지 전압 유닛(10)을 구비하며, 이 유지 전압 유닛은 하나의 출력(6) 및 제어 신호를 수신하기 위한 하나의 입력(9)을 포함한다. 출력(6)을 통해서는, 유지 전압 유닛(10)이 제1 출력(15)에 접속되어 있다. 유지 전압 유닛(10)은, 제어 보빈을 위한 유지 전류를 조정하기 위하여 유지 전압을 자신의 출력(6)에 제공하도록 설계되었다. 다른 말로 표현하자면, 유지 전압 유닛(10)은, 제어 보빈이 제어 회로(30)에 접속된 경우 이 제어 보빈을 통해서 흐르는 전류 흐름을 야기하는 유지 전압을 자신의 출력(6)을 통해 출력하도록 설계되었다. 본 발명에 따라, 제어 회로(30)는 또한 조절 회로(20)를 구비하며, 이 조절 회로는 입력 측에서는 전기 접속부(8)에 접속되어 있고, 출력 측에서는 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 접속되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 조절 회로(20)는 자신의 입력들 중에 각각 하나의 입력을 통해서는 제어 회로(30)의 전기 접속부(8) 중에 각각 하나의 전기 접속부에 접속되어 있고, 자신의 출력을 통해서는 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 접속되어 있다. 조절 회로(20)는, 전기 접속부(8) 내부에서 흐르는 그리고 그와 더불어 - 제어 회로(30)에 접속되어 있다면 - 제어 보빈 내부에서 흐르는 전류에 의존하는 제어 신호를 발생하도록 그리고 이 제어 신호를 유지 전압 유닛(10)으로 전송하도록 설계되었다. 다른 말로 표현하자면, 조절 회로(20)는, 전기 접속부(8)를 통해서 흐르는 전류에 의존하는 제어 신호를 생성하도록 그리고 이 제어 신호를 입력(9)을 통해 유지 전압 유닛(10)에 제공하도록 설계되었다. 다시 말하자면 특성들, 다시 말해 예컨대 조절 회로(20)에 의해서 생성된 제어 신호의 진폭은 전기 접속부(8)를 통해서 흐르는 전류에 의존한다.
이때, 본 발명에 따른 제어 회로(30)는 단지 2개의 접촉기를 제어하는 것에만 한정되어 있지 않다. 본 발명에 따른 제어 회로(30)는 또한, 2개 이상의 제어 보빈에 접속될 수 있는 예컨대 4개, 8개 또는 n개의 접촉기를 제어하기 위해서도 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제어 회로(30)의 특별한 일 실시 예를 보여준다. 본 실시 예는 실질적으로 도 1에 따른 제어 회로(30)를 보여주며, 이 제어 회로는 도 2에서와 유사하게 도시되어 있지만 더욱 구체화된 조절 회로(20)가 보완되어 있다. 상기 조절 회로(20) 또는 이와 관련된 특성 및 상호 관계 측면에서 이루어지는 구성 요소들에 대한 설명은 도 1 및 도 2에 대한 설명 부분으로부터 그리고 도 1 및 도 2 자체로부터 인용될 수 있다. 도 3에 동일하게 기재된 구성 요소들이 도 2의 제1 실시 예에 있는 구성 요소들에 그리고 도 1에 도시된 선행 기술에 따른 제어 회로(30)의 예에 있는 구성 요소들에 상응하기 때문에, 결과적으로 도 1 및 도 2에서 이들 구성 요소들에 대하여 언급된 내용은 도 3의 제2 실시 예에도 적용될 수 있다. 본 실시 예에서, 제어 회로(30)는 자신의 제1 및 제2 출력(15, 16)을 통해서는 2개의 제어 보빈(50)에 접속되어 있는 한편, 자신의 제1 및 제2 단자(11, 12)를 통해서는 전압원으로서 구현된 에너지 저장 장치(60)에 접속되어 있다. 이 경우에는 제어 보빈(50) 뿐만 아니라 에너지 저장 장치(60)도 각각 제어 회로(30)의 부분으로서 간주될 수 없다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 제어 회로(30)의 실시 예에서, 제어 회로는 조절 회로(20)를 구비하며, 이 조절 회로는 자신의 측에 최소 전류-선택 회로(5) 그리고 제1 및 제2 조정 회로(1, 2)를 구비한다. 본 실시 예에서, 최소 전류-선택 회로(5)는 각각의 전기 접속부(8)마다 분로 저항기(shunt resistor)를 하나씩 구비하며, 이 경우 각각 하나의 분로 저항기는 각각 하나의 전기 접속부(8) 내부에 놓여 있고, 개별 전기 접속부(8)의 스위칭 수단(42)과 제어 회로(30)의 단자(12) 사이에 각각 놓여 있다. 최소 전류-선택 회로(5)는 자신의 입력에 의해서 각각 분로 저항기의 측정 단자에 접속되어 있으며, 이 경우 최소 전류-선택 회로(5)의 입력은 각 전기 접속부(8)의 각각 하나의 정밀 정류기(7)의 입력과 동일하다. 다른 말로 표현하자면, 최소 전류-선택 회로(5)는 각각 전기 접속부(8)마다 정밀 정류기(7)를 하나씩 구비하며, 이 경우 정밀 정류기(7)의 각각 하나의 입력은 분로 저항기의 각각 하나의 측정 단자를 통해서 각각 하나의 전기 접속부(8)에 접속되어 있다. 또한, 정밀 정류기(7)는 각각 하나의 제2 입력 및 하나의 출력을 구비하며, 이 경우 개별 제2 입력은 각각 개별 정밀 정류기(7)의 출력으로 리턴되어 있다. 최소 전류-선택 회로(5)는 또한 하나의 저항(4)을 구비하며, 이 경우 모든 정밀 정류기(7)의 출력은 상기 저항(4)의 제1 단자에 접속되어 있다. 다시 말해, 최소 전류-선택 회로(5) 내부에 있는 각각의 정밀 정류기(7)는 자신의 개별 출력을 통해서 저항(4)의 동일한 단자에 접속되어 있다.
본 실시 예에서, 정밀 정류기(7)는 반 결합 된 연산 증폭기로서 구현되었으며, 이 경우 상기 연산 증폭기의 반전 입력은 각각 개별 연산 증폭기의 출력으로 리턴되어 있다. 반 결합 분기들 내부에 또는 연산 증폭기의 반 결합부 내부에는 다이오드(3)가 각각 하나씩 배치되어 있으며, 이 다이오드의 양극은 개별 연산 증폭기의 개별 반전 입력에 또는 저항(4)의 단자에 접속되어 있는 한편, 상기 다이오드(3)의 음극은 각각 자신의 개별 연산 증폭기의 출력에 접속되어 있다. 정밀 정류기(7)에 접속되어 있지 않은 저항(4)의 다른 단자는 최소 전류-선택 회로(5)의 출력에 접속되어 있으며, 이 출력을 통해서는 최소 전류-선택 회로(5)가 제1 조정 회로(1)의 입력에 접속되어 있다. 최소 전류-선택 회로(5)는, 본 실시 예에서 전기 접속부(8)를 통해서 흐르는 전류의 실제값을 분로 저항기를 통해 측정하도록 그리고 측정된 전류 실제값 중에 최소 실제값(Imin)을 최소 전류-선택 회로(5)의 출력을 통해 출력하도록 설계되었다. 본 실시 예에서 최소 전류-선택은 정밀 정류기(7) 내부에 있는 다이오드(3)를 통해서 실현된다. 이 시점에, 최소 전류-선택 회로(5)의 출력을 통해서는 입력값들 중에 최소 입력값이 정밀 정류기(7)의 입력으로 출력된다. 전류의 실제값을 측정하기 위해 분로 저항기를 사용하는 것뿐만 아니라 정밀 저항기(7)를 사용하는 것도 본 발명에 따른 제어 회로(30)의 최소 전류-선택 회로(5)를 구현하기 위한 선택 사항이다. 정밀 정류기(7)를 다이오드(3)를 구비하는 연산 증폭기로서 구현하는 것도 본 실시 예에서는 순전히 예로서만 선택되었다. 다르게 구현된, 예컨대 오로지 다이오드(3)만을 사용하는 최소 전류-선택 회로(5)를 구비하는 본 발명에 따른 제어 회로(30)도 구현될 수 있으며, 이 경우에는 전기 접속부(8)를 통해서 흐르는 전류 실제값의 측정도 분로 저항기를 통한 것과는 다른 유형 및 방식으로 이루어질 수 있다.
최소 전류-선택 회로(5)의 출력을 통해, 최소 전류-선택 회로(5)는 측정된 전류 실제값 중에 최소 실제값(Imin)을 제1 조정 회로(1)로 전송하며, 이 조정 회로의 출력은 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 접속되어 있다. 본 실시 예에서 제1 조정 회로(1)는, 자신의 입력을 통해 자신에게 전송된, 측정된 전류 실제값 중에 최소 실제값(Imin)을 기준값과 비교하도록 설계되었으며, 본 실시 예에서 이 기준값은 순전히 예로서 기준 송신기(13)에 의해 조정 회로에 제공된다. 다른 말로 표현하자면, 본 실시 예에서 제1 조정 회로(1)는, 자신의 입력으로 반 결합 된 전류를 기준값과 비교하도록 설계되었다. 본 실시 예에서 기준값으로서는, 제어될 접촉기의 최소로 필요한 유지 전류(IHmin)가 사용되는데, 제어 보빈(50)이 접촉기를 유지하는 상태, 다시 말하자면 유지 단계 동안에 폐쇄된 상태로 유지할 수 있도록 하기 위하여, 적어도 접촉기의 제어 보빈(50)을 통해서 흘러야만 하는 전류가 이용된다. 또한, 제1 조정 회로(1)는, 최소로 필요한 유지 전류(IHmin)와 측정된 전류 실제값 중에 최소 실제값(Imin)을 비교한 결과에 의존하는 제1 제어 신호를, 유지 전압 유닛(10)을 위한 유지 전압을 조정할 목적으로 발생하고 이 제어 신호를 입력(9)을 통해 유지 전압 유닛(10)으로 전송하도록 설계되었다. 이때, 제1 조정 회로(1)에 의해서 생성된 제1 제어 신호의 특성들은 비교 결과와 일치한다. 예를 들어, 본 실시 예에서는, 측정된 전류 실제값 중에 최소 실제값(Imin)과 최소로 필요한 유지 전류(IHmin) 간의 차가 심할수록 제1 제어 신호의 값은 그만큼 더 크게 나타난다. 다시 말해, 본 실시 예에서 제1 조정 회로(1)는, 다른 무엇보다도 값 및 지속 기간에 있어서, 측정된 전류 실제값 중에 최소 실제값(Imin)과 본 실시 예에서 최소로 필요한 접촉기의 유지 전류(IHmin)에 상응하는 기준값 간의 비교 결과에 의존하는 제1 제어 신호를 발생하고 이 제어 신호를 유지 전압 유닛(10)에 제공하도록 설계되었다. 본 실시 예에서 유지 전압 유닛(10)은, 이 유지 전압 유닛에 의해 자신의 출력(6)에 제공된 유지 전압의 값 및 그와 더불어 제1 출력(15) 내부로 흘러들어가는 유지 전류의 값을, 제1 제어 신호를 수신할 때에 이 제1 제어 신호와 일치하게끔 변경하도록 설계되었다. 본 실시 예에서, 유지 전압 유닛(10)은 순전히 예로서 스위칭 변환기로 구현되었고, 제1 제어 신호는 상기 스위칭 변환기의 제어율을 결정하는 마크 대 스페이스 비(mark-to-space ratio)에 상응한다. 본 실시 예에서, 유지 전류의 조절은 순전히 예로서 유지 전압 유닛(10) 출력에서의 유지 전압의 변경을 통하여, 얻어진 제1 제어 신호와 일치하게끔 이루어진다. 또한, 제어 회로(30)는 제2 조정 회로(2)를 구비하며, 이 조정 회로는 제1 조정 회로(1)에 의해 생성된 제1 제어 신호를 유지 전압 유닛에 의해 이 유지 전압 유닛(10)의 출력(6)에 제공된 유지 전압과 비교하도록 그리고 이 비교 결과에 따라 제1 제어 신호에 추가의 제어 신호를 중첩하도록 설계되었다. 다른 말로 표현하자면, 제2 조정 회로(2)를 통해서는 제1 조정 회로(1)에 의해 생성된 제1 제어 신호가 보정 신호와의 중첩에 의해서 보정될 수 있다. 이때, 본 실시 예에서 유지 전압 유닛(10)에 의해 제공된 유지 전압과 비교되는 제1 제어 신호는, 순전히 예로서 이 유지 전압 유닛(10)의 출력(6)에서 최소로 필요한 유지 전압을 조정하기 위해 반드시 필요한 유지 전압 유닛(10)을 위한 제어 신호에 상응한다. 다른 말로 표현하자면, 제1 제어 신호는 항상, 유지 전압 유닛(10)이 자신의 출력(6)에서 최소로 필요한 유지 전압을 제공하도록 하기 위하여, 이 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 인가되어야만 하는 신호에 상응한다. 이때, 최소로 필요한 유지 전압은, 각각의 접촉기를 유지 단계 동안 가동 상태로 유지하기에 충분하고 모든 접촉기의 제어 보빈(50)을 통해서 흐르는 전류 흐름이 나타나도록 하기 위하여, 적어도 유지 전압 유닛(10)의 출력(6)에 존재해야만 하는 전압이다. 이때, 본 실시 예에서, 제2 조정 회로(2)에 의해 각각 2개의 연속하는 추가 제어 신호의 형성 사이에 놓여 있는 평균 기간(T2)은, 제1 조정 회로(1)에 의해 각각 2개의 연속하는 제1 제어 신호의 형성 사이에 놓여 있는 평균 기간(T1)보다 팩터 X만큼 더 작으며, 이 경우 X는 0보다 크고 1보다 작다(0 < X < 1). 다른 말로 표현하자면, 제1 조정 회로(1)가 제2 조정 회로(2)보다 느리게 동작함으로써, 제2 조정 회로(2)는 항상 제1 조정 회로(1)에 의해 발생 된 제어 신호를 보정할 수 있게 된다.
따라서, 최소 전류-선택 회로(5), 제1 조정 회로(1) 및 제2 조정 회로(2)의 협력을 통해서는, 제어 회로(30) 내부에서 2개 루프 형태의 또는 캐스케이드 형태의 조절 시스템이 구현되며, 이와 같은 조절 시스템에 의해서는, 접촉기의 유지 단계 동안에 전기 접속부(8) 및 그와 더불어 제어 보빈(50)을 통해서 흐르는 전류가 최적의 값으로 조정될 수 있다. 이때, 제1 조정 회로(1)는 제어 회로(30)에 접속된 제어 보빈(50)을 통해서 흐르는 유지 전류를 조절 변수로서 사용하는 외부 조절 루프를 폐쇄하는 한편, 제2 조정 회로(2)는 유지 전압 유닛(10)에 의해 제공된 유지 전압을 조절 변수로서 사용하는 내부 조절 루프를 폐쇄한다.
하지만, 제1 조정 회로(1)뿐만 아니라 제2 조정 회로(2)도 본 발명에 따른 제어 회로(30)를 위해서는 선택적이다. 또한, 조절 회로(20)를 구비하는 본 발명에 따른 제어 회로(30)는, 예를 들어 전기 접속부(8)를 통해서 흐르는 최소 전류를 조정 또는 조절할 수 있는 구성 요소들 없이도 구현될 수 있다. 본 실시 예에서는, 제1 조정 회로(1)뿐만 아니라 제2 조정 회로(2)도 연속으로 동작을 하는데, 더 상세하게 말하자면 개별 기준값과 입력 변수를 연속으로 비교하고, 이 비교 결과에 따라 제어 신호를 연속으로 전송한다.

Claims (12)

  1. 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로(30)로서,
    - 제1 및 제2 단자(11, 12)를 포함하고, 이들 단자를 통해 제어 회로(30)가 에너지 저장 장치의 극에 접속될 수 있으며,
    - 하나 이상의 제1 출력(15) 및 2개 이상의 제2 출력(16)을 포함하고, 상기 제2 출력을 통해서 제어 회로(30)가 2개 이상의 접촉기를 위한 2개 이상의 제어 보빈의 단자에 접속될 수 있으며, 이때 상기 2개 이상의 제2 출력(16)은 각각 하나의 전기 접속부(8)를 통해 제2 단자(12)에 접속되어 있으며,
    - 유지 전압 유닛(10)을 포함하며, 상기 유지 전압 유닛은 하나의 출력(6) 및 제어 신호를 수신하기 위한 하나의 입력(9)을 구비하고, 자신의 출력(6)을 통해 하나 이상의 제1 출력(15)에 접속되어 있으며, 제어 보빈을 위한 유지 전류를 조정하기 위한 유지 전압을 자신의 출력(6)에 제공하도록 설계되며,
    상기 제어 회로(30)는 조절 회로(20)를 구비하며, 상기 조절 회로는 전기 접속부(8) 및 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 접속되어 있고, 전기 접속부(8) 내부로 흘러들어가는 전류에 따라 제어 신호를 발생하도록 그리고 이 제어 신호를 유지 전압 유닛(10)으로 전송하도록 설계되며,
    조절 회로(20)는 최소 전류-선택 회로(5)를 포함하며, 상기 최소 전류-선택 회로는 하나의 출력을 구비하고, 전기 접속부(8)를 통해서 흐르는 전류의 실제값을 측정하도록 그리고 측정된 전류 실제값들 중에 최소 실제값(Imin)을 자신의 출력을 통해 출력하도록 설계된 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유지 전압 유닛(10)은, 자신의 출력(6)에 제공되는 유지 전압의 값을, 제어 신호를 수신할 때에 이 제어 신호와 일치하게끔 변경하도록 설계된, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    최소 전류-선택 회로(5)는 저항(4) 그리고 각각의 전기 접속부(8)마다 2개의 입력 및 하나의 출력을 갖는 정밀 정류기(7)를 하나씩 구비하고, 각각 하나의 전기 접속부(8)는 정밀 정류기(7)의 각각 하나의 입력에 접속되어 있는 한편, 개별 정밀 정류기(7)의 다른 개별 입력은 개별 정밀 정류기(7)의 출력으로 리턴되어 있으며, 모든 정밀 정류기(7)의 출력은 저항(4)의 일 단자에 접속되며,
    정밀 정류기(7)는 반 결합 된 연산 증폭기로서 구현되었으며, 상기 연산 증폭기의 반 결합 분기들은 각각 다이오드(3)를 하나씩 구비하며, 상기 다이오드의 음극은 각각 개별 연산 증폭기의 출력에 접속되어 있는 한편, 상기 다이오드(3)의 양극은 개별 연산 증폭기의 반전 입력에 접속된, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    조절 회로(20)는 제1 조정 회로(1)를 포함하며, 상기 제1 조정 회로의 입력은 최소 전류-선택 회로(5)의 출력에 접속되어 있고, 그 출력은 유지 전압 유닛(10)의 입력(9)에 접속되어 있으며, 상기 제1 조정 회로(1)는, 자신의 입력 내부로 흘러들어가는 전류를 기준값과 비교하도록 그리고 이 비교 결과에 따라 유지 전압 유닛(10)을 위한 유지 전압을 조정하기 위한 제1 제어 신호를 발생하도록 그리고 이 제어 신호를 상기 유지 전압 유닛(10)으로 전송하도록 설계된, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    기준값은, 제어될 접촉기의 최소로 필요한 유지 전류(IHmin)에 상응하는, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    제1 제어 신호는 항상 유지 전압 유닛(10)의 출력(6)에서 최소로 필요한 유지 전압을 조정하기 위해서 반드시 필요한, 유지 전압 유닛(10)을 위한 제어 신호에 상응하는, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    조절 회로(20)는 제2 조정 회로(2)를 포함하며, 상기 제2 조정 회로는, 제1 조정 회로(1)에 의해 생성된 제1 제어 신호를 유지 전압 유닛(10)의 출력(6)에 제공된 유지 전압과 비교하도록 그리고 이 비교 결과에 따라 상기 제1 제어 신호에 추가의 제어 신호를 중첩하도록 설계된, 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제2 조정 회로(2)에 의해 각각 2개의 연속하는 추가 제어 신호의 형성 사이에 놓여 있는 평균 기간(T2)은, 제1 조정 회로(1)에 의해 각각 2개의 연속하는 제1 제어 신호의 형성 사이에 놓여 있는 평균 기간(T1)보다 팩터 X의 비율만큼 더 작으며, 이때 X는 0보다 크고 1보다 작은(0 < X < 1), 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로.
  12. - 2개 이상의 접촉기를 제어하기 위한 2개 이상의 제어 보빈,
    - 2개 이상의 제어 보빈에 접속되었고, 자신의 출력에서 발생되는 유지 전압에 의해 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 전류 흐름을 야기하도록 설계된, 유지 전압 유닛(10)을 포함하는 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법으로서,
    이 방법은
    - 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 기동 전류를 유지 전압 유닛(10)에 의해 제공하는 단계(S1);
    - 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류를 유지 전압 유닛(10)에 의해 제공하는 단계(S2);
    - 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류를 서로 비교하고/비교하거나 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류 중에 최소 유지 전류를 선택하는 단계(S3);
    - 상기 최소 유지 전류를 기준 전류와 비교하는 단계(S4);
    - 2개 이상의 제어 보빈을 통해서 흐르는 유지 전류 중에 최소 유지 전류를 기준 전류와 비교한 결과에 따라, 유지 전압 유닛(10)의 출력에서 유지 전압을 제어하기 위하여 상기 유지 전압 유닛(10)을 위한 제1 제어 신호를 발생하는 단계(S5);
    - 유지 전압 유닛(10)의 출력에 존재하는 유지 전압과 상기 제1 제어 신호를 비교하는 단계(S6); 및
    - 제1 제어 신호와 유지 전압 유닛(10)의 출력에 존재하는 유지 전압 간의 비교 결과에 따라, 유지 전압 유닛(10)의 출력에서 유지 전압을 제어하기 위하여 상기 유지 전압 유닛(10)을 위한 제2 제어 신호를 발생하는 단계(S7)를 포함하는, 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법.
KR1020157010065A 2012-10-18 2013-09-23 2개 이상의 접촉기를 위한 제어 회로 및 2개 이상의 접촉기를 작동시키기 위한 방법 KR101771625B1 (ko)

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