KR102202513B1 - 전기 회로의 적어도 하나의 커패시터를 방전하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 전기 회로(1)의 적어도 하나의 커패시터(2)를 방전시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 전기 회로(1)는 또한, 다상 회전식 전기 기계의 전기 스테이터 권선(4)으로서, 상기 권선(4)은, 스테이터 상을 각각 형성하고 상호 연결되지 않는 복수의 코일들(6)을 포함하는 것인 전기 스테이터 권선(4); 커패시터(2)와 전기 스테이터 권선(4) 사이에 배치되고 복수의 제어 가능한 스위칭 셀들(10)을 포함하는 스위칭 시스템(5)을 포함한다. 본원 발명의 방법에 따라서, 코일들(6)은 스위칭 시스템(5)을 통해서 상기 커패시터(2)에 의해 전기적으로 전력이 공급되고, 단극 전기 전류가 전기 스테이터 권선(4)을 통과하도록 하는 방식으로 상기 스위칭 시스템의 상기 스위칭 셀(10)들이 제어된다.
Description
본원 발명은, 회전식 전기 기계의 전기 스테이터 권선을 포함하고, 그리고 특히 하이브리드 차량을 구동하기 위해서 하이브리드 차량에서 차량내(on-board) 설치되는 전기 회로의 적어도 하나의 커패시터를 방전하는 것에 관한 것이다.
이러한 커패시터 방전은, 전기 회로의 전기 에너지 저장 유닛의 외부 전력망(external electrical grid)에 의한 충전의 종료(end) 시에 또는 차량이 회전식 전기 기계에 의해서 전체적으로 또는 부분적으로 구동되는 동안의 시퀀스(sequence)의 종료 시에 바람직할 수 있을 것이다. 커패시터(들)를 방전하는 것이 유리할 수 있는 예들이 1997년 표준 EN 50178: "동력 설비들에서 이용하기 위한 전자 장비(Electronic equipment for use in power installations)"에서 언급되어 있다.
이러한 커패시터의 단자들 상에서의 전압은, 외부로부터의 전기 회로의 액세스 가능한 단자들 상에서 실제할 수 있고, 이러한 전압의 존재는, 예를 들어, 모터 기술자와 같은 운영자에게 위험할 수 있을 것이다. 전기 회로에 연결되고 방전 작동에 전용되는 방전 저항기(들)를 이용하여 하나 이상의 커패시터들을 방전시키는 것이 공지되어 있다. 이러한 해결책은 전기 회로의 구성요소들의 수를 증가시키고 또한 고비용이다.
커패시터(들)를 전기 스테이터 권선 내로 방전시키는 것이 또한 공지되어 있다. 이러한 해결책은 현재로서는 구현하기가 비교적 복잡한데, 이는 방전 전류가 원치 않는 모터 토크를 생성하지 않아야 하기 때문이다.
미국 출원 제 2011/0050136 호에는, 배터리와, 코일들이 성형 결선된(star-connected) 전기 스테이터 권선을 포함하는 전기 회로의 커패시터를 어떻게 방전시키는지가 교시되어 있다. 방전 중에, 커패시터로부터의 전류는, 전기 스테이터 권선을 통과하기 전에, 방전을 돕는 저항기를 포함하는 부가적인 분지(branch)를 횡단한다.
회전식 전기 기계의 전기 스테이터 권선을 포함하는 전기 회로의 커패시터(들)의 단순하고 경제적이며 효과적인 방전을 위한 요구가 존재하고, 상기 회로는 특히 하이브리드 차량 또는 전기 차량의 견인 회로이다.
본원 발명의 목적은 이러한 요건을 충족시키기 위한 것이다.
본원 발명은 전기 회로의 적어도 하나의 커패시터를 방전하기 위한 방법을 이용하여 이러한 목적을 달성하고, 또한, 상기 전기 회로는,
- 다상(polyphase) 회전식 전기 기계의 전기 스테이터 권선으로서, 상기 권선은, 스테이터 상(stator phase)을 각각 형성하고 전기적으로 상호 연결되지 않는 복수의 코일들을 포함하는 것인 전기 스테이터 권선, 및
- 복수의 제어 가능한 스위칭 셀들을 포함하는 스위칭 시스템
을 포함하고, 상기 방법에서, 전기 스테이터 권선은 상기 스위칭 시스템을 통해서 커패시터에 의해 전기적으로 전력이 공급되고, 단극(homopolar) 전기 전류가 상기 전기 스테이터 권선을 통과하도록 하는 방식으로 상기 스위칭 셀들이 제어된다.
전술한 방법은, 이러한 커패시터(들) 또는 이들 커패시터(들)의 방전 전류가 스위칭 시스템에 의해서 단극 전류로 변환되도록 하는 방식으로 상기 커패시터(들)와 상기 전기 스테이터 권선 사이에 배치된 스위칭 시스템의 전자 스위치들을 제어하는 단계로 이루어진다.
상기 전기 스테이터 권선이 N 개의 코일들을 포함할 때, 단극 전류(iMO)가 다음과 같이 규정된다:
상기 방법에 따라서, 스위칭 시스템 제어는, 커패시터(들)가 방전될 때, 값(iMO)을 가지는 비-제로 전류(non-zero current)가 각각의 코일을 통과할 수 있게 한다. 커패시터(들)의 이러한 방전 중에, 각각의 코일에는 단극 전류(iMO) 만이 통과될 수 있다.
스위칭 시스템의 스위칭 셀들이 동일한 스위칭 기간에 따라서 제어될 때, 상기 스위칭 기간에 걸쳐서, 코일들 각각으로 동일한 평균 값을 가지는 자체의 전기 전류가 통과한다.
3개의 상들(u, v 및 w)을 가지는 전기 스테이터 권선의 경우, 각각의 상에 그 자체의 전기 전류(iu, iv 및 iw)가 각각 통과될 때, 스위칭 시스템 내에서 스위칭이 이루어지는 동안의 시간을 제외하고, 시스템 제어는, iu, iv 및 iw 모두가 iM0 와 같아지게 한다.
상기 방법에 따라서, 전기 스테이터 권선은 회전 필드(rotating field)를 각각 생성하는 전류들에 의해서 전기적으로 동력이 공급되고, 이러한 필드들의 조합은 기계의 공기 갭(air gap) 내에서 전체적인 회전 필드를 생성하지 않으며, 그에 따라 토크가 기계의 로터 상으로 인가되지 않는다.
회전식 전기 기계는, 단극 전류가 전기 스테이터 권선을 통과할 때, 각각의 스테이터 상에서 유도된 기전력이 사인파형이 되도록 그리고 어떠한 3차 고조파들 또는 3차 배수 고조파들(3rd-order-multiple harmonics)도 포함하지 않도록 구성된, 기계일 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 토크가 로터로 인가되지 않는다. 그에 따라, 예를 들어, 작동 중인 로터를 셋팅하지 않고도 전술한 EN 50178 표준의 요건들을 충족하기 위해서, 커패시터(들)가 방전될 수 있다.
대안으로, 상기 방법은 또한, 스테이터에 단극 전류로 전력이 공급될 때, 낮은 토크가 로터로 인가되는 회전식 전기 기계에 적용될 수 있다.
전기 스테이터 권선의 각각의 코일은, 코일마다 동일한 그 단자들 상의 평균 전압 값을 가질 수 있다.
코일들은 상호 연결되지 않고, 즉 전기 스테이터 권선의 어떠한 코일도 전기 스테이터 권선의 다른 코일의 단자에 직접적으로 연결된 단자를 가지지 않는다. "코일들이 전기적으로 상호연결되지 않는다"는 것은 "코일들이 독립적이다"라는 것과 같은 의미이다.
스테이터는 3상일 수 있으며, 이 경우에 전기 스테이터 권선은 3개의 코일에 의해서 형성된다.
전기 스테이터 회로의 코일들은 성형-결선형(star-connection)도 아니고 다각형-결선형(polygon-connection)도 아닐 수 있고, 다시 말해서 전기 스테이터 권선이 3상일 때, 삼각형 구성이 아닐 수 있을 것이다.
전기 권선의 코일들 중 하나로 각각 전력을 공급하는 전류들의 합계의 스위칭 셀들의 스위칭 기간에 걸친 평균 값이 미리 규정된 비-제로 값과 같아지게 하는 방식으로, 스위칭 셀들이 제어될 수 있을 것이다. 3상의 경우에, 스테이터 코일들 중 하나를 각각 통과하는 3개의 전류의 합계가 상기 미리 규정된 값과 같다. 다시 말해서, 스위칭 시스템 제어를 통해, 스위칭 기간에 걸쳐서, 주어진 비-제로 값 주위에서 단극 전류의 평균 값을 조절할 수 있을 것이다.
상기 미리 규정된 값은, 상기 방법이 실행되기 전에 커패시터 전기자들 사이의 축적된 전하(쿨롱)로부터 획득하기를 희망하는 커패시터 방전 백분율에 따라서 선택될 수 있을 것이고, 또한 이하에서 "초기 전하"로 지칭된다. 상기 방법은, 커패시터가, 예를 들어, 초기 전하의 적어도 80% 만큼 방전될 수 있게 한다.
이러한 방전 방법은 문턱값 미만의 지속시간 또는 문턱값과 같은 지속시간을 가지고, 그에 따라 주어진 제약들을 만족시킬 수 있도록 하는 방식으로, 상기 평균 값의 미리 규정된 값이 또한 선택된다.
본원 발명의 하나의 예시적인 실시예에서, 스위칭 시스템은 복수의 병렬 장착된 아암들을 포함하고, 각각의 아암은 중간 지점에 의해서 분리된 2개의 제어 가능한 스위칭 셀을 포함하고, 각각의 코일은 상기 코일 전용의 2개의 아암의 중간 지점들 사이에 배치되고, 상기 커패시터는 상기 아암들과 병렬로 장착된다.
상기 회로는 전기 에너지 저장 유닛을 포함할 수 있을 것이고, 커패시터가 상기 전기 에너지 저장 유닛과 상기 스위칭 시스템 사이에 장착된다.
커패시터는 스위칭 시스템을 통해서만, 특히 병렬 장착된 아암들을 통해서만, 전기 스테이터 권선에 연결될 수 있을 것이다.
방전 중에, 커패시터로부터의 전류가 스위칭 시스템 내에서 그리고 전기 스테이터 권선 내에서 직접적으로 흐를 수 있을 것이다. 그에 따라, 방전은, 부가적인 저항기 내에서 흐르는 이러한 전류를 포함하지 않을 수 있을 것이다. 여기에서, "직접적"이란 "전기 전도체들 이외의 전기적 구성요소를 통과하지 않는" 것을 의미한다.
전기 회로는, 전기 에너지 저장 유닛과 스위칭 시스템 사이에 배치된 DC/DC 전압 변환기를 포함할 수 있을 것이다.
커패시터가 전기 에너지 저장 유닛과 DC/DC 전압 변환기 사이에 또는 스위칭 시스템과 DC/DC 전압 변환기 사이에 배치될 수 있을 것이다. 대안으로, 전기 회로는,
- 상기 전기 에너지 저장 유닛과 상기 DC/DC 전압 변환기 사이에 배치된 커패시터, 및
- 상기 스위칭 시스템과 상기 DC/DC 전압 변환기 사이에 배치된 커패시터
를 포함할 수 있을 것이고, 상기 방법이 실행될 때, 이러한 커패시터들 중 하나 및/또는 다른 하나가 방전될 수 있다.
전기 에너지 저장 유닛이 배터리, 수퍼커패시터(supercapacitor), 또는 배터리들 또는 수퍼커패시터들의 임의의 조립체일 수 있을 것이다. 전기 에너지 저장 유닛은, 예를 들어, 직렬 배터리들과 병렬인 복수의 분지들을 포함한다. 전기 에너지 저장 유닛은 60 V 내지 400 V, 특히 200 V 내지 400 V의 공칭 전압을 가질 수 있을 것이다.
상기 회로는, 전기 에너지 저장 유닛을 충전하기 위해서 전력망의 상보적인 커넥터에 연결되기에 적합한 커넥터를 포함할 수 있을 것이고, 상기 커넥터는, 적어도, 하나의 자유 단부 및 코일의 중간의 지점에 연결된 다른 단부를 각각 가지는 복수의 콘택트(contact)를 포함한다. 그에 따라, 전력망은 코일의 중간의 지점을 통해서, 특히 코일의 중간 지점을 통해서 각각의 코일로 전력을 공급한다.
이러한 타입의 전기 회로는,
- 전기 에너지 저장 유닛으로부터 그리고 전기 기계가 회전하도록 유도하기 위한 인버터로서 이용되는 스위칭 시스템을 통해서 스테이터 코일들로 전력을 공급하기 위해서, 그리고
- 인덕터들로서 이용되는 스테이터 코일들을 통해서 그리고 정류기로서 이용되는 스위칭 시스템을 통해서 전기 에너지 저장 유닛을 충전하기 위해서
동시에 이용될 수 있을 것이다.
회로의 구조 및 스위칭 시스템의 스위칭 셀들의 제어는, 작동 중인 로터를 셋팅하지 않고, 전기 에너지 저장 유닛이 충전되게 할 수 있다.
전력망은 교류 전력 공급량 또는 직류 전력 공급량 중 임의의 하나를 전달할 수 있다. 특히, 스위칭 셀 제어는 본원 출원인에 의해서 제 11 62140 호로서 2011년 12월 21일자로 프랑스에서 출원된 출원에 설명된 바와 같이 이루어질 수 있을 것이다.
이러한 타입의 전기 회로는 또한 임의의 타입의 전력망에, 즉 AC 전압을 전달하는 다상 망(polyphase grid) 또는 단상 망(monophase grid) 또는 DC 전압 또는 DC 전류를 전달하는 망에 연결될 수 있을 것이다.
전기 회로는 특히 전기 차량 또는 하이브리드 차량에, 즉 회전식 전기 기계만을 이용하여 전체적으로 또는 부분적으로 견인이 이루어질 수 있는 차량에서 차량내 설치된다.
커패시터는, 예를 들어, 100 ㎌ 내지 5000 ㎌의 커패시턴스를 가진다.
회전식 전기 기계는, 예를 들어, 3 kW 내지 200 kW의 공칭 전력을 가진다. 본 발명의 비-제한적인 예시적인 실시예로부터 그리고 첨부 도면에 대한 설명으로부터, 본원 발명이 보다 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 회전식 전기 기계의 전기 스테이터 권선을 포함하는 전기 회로의 커패시터(들)의 단순하고 경제적이며 효과적인 방전을 위한 요구를 충족시킬 수 있다.
도 1은 방전시키고자 하는 커패시터를 포함하는 전기 회로를 도시한다.
도 2는, 도 1의 전기 회로가 통합될 수 있는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 3은, 본원 발명에 따른 방법이 실행될 때, 도 1 및 도 2에 도시된 전기 스테이터 권선의 각각의 코일의 전용 전압 및 전용 전류를 도시한다.
도 2는, 도 1의 전기 회로가 통합될 수 있는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 3은, 본원 발명에 따른 방법이 실행될 때, 도 1 및 도 2에 도시된 전기 스테이터 권선의 각각의 코일의 전용 전압 및 전용 전류를 도시한다.
도 1은 방전시키고자 하는 커패시터(2)를 포함하는 전기 회로(1)를 도시한다. 커패시터(2)는, 예를 들어, 100 ㎌ 내지 5000 ㎌의 커패시턴스를 가진다. 방법이 실행되기 전에, 커패시터(2)의 전기자들 사이의 축적된 전하는, 예를 들어, 커패시터의 최대 전하의 20% 내지 100%이며, 그에 따라, 예를 들어, 60 V보다 큰 전압이 커패시터 단자들 상에서 나타날 수 있다.
전기 회로(1)는 전기 스테이터 권선(4), 그리고 상기 커패시터(2)와 상기 스테이터 권선(4) 사이에 배치된 스위칭 시스템(5)을 더 포함한다. 고려된 예에서, 스테이터는 3상이고, 예를 들어, 특히 영구 자석 로터를 가지는, 동기식 모터 스테이터이다. 대안으로, 스테이터가 3개 초과의 상을 가질 수 있을 것이다.
다른 대안들에서, 스테이터는 가변 자기 저항(variable-reluctance) 기계 스테이터 또는 동기식 기계 스테이터일 수 있을 것이다.
회전식 전기 기계는, 스테이터에 단극 전류로 전력이 공급될 때, 각각의 스테이터 상에서 유도된 기전력이 사인파형이 되도록 그리고 어떠한 3차 고조파들 또는 3차 배수 고조파들도 포함하지 않도록 구성된 회전식 전기 기계의 부품을 형성할 수 있을 것이다.
고려되는 예에서, 전기 스테이터 권선(4)이 3개의 코일(6)에 의해서 형성되고, 각각의 코일은 스테이터의 전기 상들(u, v 및 w) 중 하나를 형성한다. 이하의 설명에서, vu 및 iu 는 각각 상(u)을 형성하는 코일의 단자들 상의 전압 및 상기 코일의 단자를 통과하는 전류를 나타내고, vv 및 iv 는 각각 상(v)을 형성하는 코일의 단자들 상의 전압 및 상기 코일의 단자를 통과하는 전류를 나타내며, vw 및 iw 는 각각 상(w)을 형성하는 코일의 단자들 상의 전압 및 상기 코일의 단자를 통과하는 전류를 나타낸다.
단극 전압은 uM0 = (uU + uV + uW)/3에 의해서 규정되고, 단극 전류는 iM0 = (iU + iV + iW)/3에 의해서 규정된다.
제시된 예에서, 스위칭 시스템(5)은 복수의 아암들(8)을 포함하고, 각각의 아암은 커패시터(2)와 병렬로 장착된다. 도시된 예에서, 각각의 아암(8)은 2개의 제어 가능한 스위칭 셀(10)을 포함한다. 각각의 스위칭 셀(10)은, 예를 들어, 다이오드(12)가 역병렬(antiparallel)로 장착되는 제어 가능한 스위치(11)에 의해서 형성된다. 스위치(11)는 트랜지스터, 특히 양극형 트랜지스터 또는 IGBT 전계-효과 트랜지스터일 수 있을 것이다.
디지털 프로세싱 수단을 포함하는 중앙 제어 유닛(13)이 모든 트랜지스터들(11)을 제어할 수 있다.
각각의 아암(8)은 2개의 스위칭 셀(10) 사이의 중간 지점(16)을 포함하고, 설명된 예에서, 아암(8)의 각각의 중간 지점(16)이 코일들(6) 중 하나의 단자에 연결된다. 그에 따라, 각각의 코일(6)이 2개의 분리된 아암들의 2개의 중간 지점들(16) 사이에 배치될 수 있고, 이러한 2개의 아암들(8)이 H-지점(19)을 형성한다. 각각의 H-지점은 전기 스테이터 권선(4)의 특정 코일(6)에 전용될 수 있을 것이다.
확인할 수 있는 바와 같이, 코일들(6)은 상호 연결되지 않는다. 사실상, 도 1에 도시된 예에서, 각각의 코일(6)은, 전기 스테이터 권선(4)이 성형(star) 구성 또는 삼각형 구성으로 연결되는 경우에서와 대조적으로, 다른 코일들(6)의 단자들 대신에, 다른 요소들에, 여기에서 스위칭 셀들(10)에 직접적으로 연결된 단자들을 가진다.
도 1을 참조하여 설명되는 전기 회로(1)는, 예를 들어, 하이브리드 자동차 또는 완전한 전기 구동 자동차인, 차량(20)의 충전 및 견인 시스템으로 통합될 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기 회로(1)가,
- 전기 에너지 충전 수단(25)의 커넥터를 통해서 전력망(24)에 연결되도록 의도된 커넥터(23), 및
- 전기 에너지 저장 수단(30)
을 포함할 수 있을 것이다.
상기 전기 에너지 저장 수단(30)은 배터리 또는 배터리들의 병렬 및/또는 직결 연결일 수 있을 것이다.
이러한 예에서, 전력망(24)은 3상 망이지만, 본원 발명은 3상 망 이외의 다상 망에, 또는 단상 망에도 적용된다. 전력망은, 예를 들어, 운영자에 의해서 관리되고 지역적 규모, 국가적 규모 또는 국가간 규모로 전개되는 산업적인 망을 포함한다. 상기 망은, 예를 들어, 50 Hz 또는 60 Hz의 주파수를 가지는 전압을 전달한다.
도 2에 도시된 예에서, 커넥터(23)는 4개의 콘택트(32)를 포함한다. 3개의 메인 콘택트들(32) 각각은 충전 수단(25)의 커넥터의 상보적인 콘택트에 연결되도록 의도된 자유 단부를 가진다. 커넥터(23)의 제 4 컨택트(34)는, 차량(1)의 차체(39)에 연결되고 전력망(24)의 접지에 연결되도록 의도된다.
확인할 수 있는 바와 같이, 각각의 메인 콘택트(32)는 코일(6)에 연결된 다른 단부를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 이러한 단부는 코일(6)의 중간 지점(35)에 연결되고, 즉 콘택트(32)를 가지는 링크가 코일(6)을 정확하게 동일한 수의 권선들로 분리한다.
그에 따라, 코일들(6) 각각은, 전류가 전력망(24)으로부터 스위칭 시스템(5) 및 코일들(6)을 통해서 전기 에너지 저장 유닛(30)으로 전달될 때 하나의 절반 코일(half-coil)로부터 다른 절반 코일까지 반대 전류들이 통과하는, 2개의 절반 코일로 분할된다.
고려되는 예에서, 상기 전기 회로(1)는 또한 DC/DC 전압 변환기(41)를 포함한다. 커패시터(2)는 입력을 형성하는 DC/DC 전압 변환기(41)와 스위칭 시스템(5) 사이에 배치된다. 전기 에너지 저장 유닛(30)이 컨버터(41)의 출력에 장착된다.
제시된 예에서, 컨버터(41)는 각각의 아암(8)의 단자들 상의 입력 전압의 버크 변환(buck conversion)을 통해서 얻어지는 출력 전압을 전기 에너지 저장 유닛(30)으로 전달하는 직렬 초퍼(series chopper)이다. 공지된 방식에서, 이러한 직렬 초퍼(41)는, 중간 지점(45)에 의해서 분리되고 스위칭 시스템(5)의 스위칭 셀들(10)과 동일한 스위칭 셀 또는 다른 2개의 스위칭 셀들(44)을 포함한다. 셀들(44)은 제어 유닛(13)에 의해서 제어될 수 있을 것이다. 제시된 예에서, 이러한 셀들(44) 각각은 가역적이고, 역병렬의 제어 가능한 스위치 및 다이오드를 포함한다. 이러한 중간 지점(16)과 전기 에너지 저장 유닛(30) 사이에 인덕터(47)가 배치된다.
- 하나의 작동 모드에 따라서 커넥터(23)가 연결되는 전력망(24)에 의해서 전기 에너지 저장 유닛(30)이 충전되는 방식으로, 그리고
- 상이한 작동 모드에 따라서 차량(20)을 구동하는 토크를 생성하도록, 전기 스테이터 권선(4)의 코일들(6)로 전기 에너지 저장 유닛(30)이 전력을 공급하는 방식으로,
상기 스위칭 셀들(10 및 44)의 스위치들의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 제어 유닛(13)이 구성될 수 있을 것이다.
특히, 커넥터(23) 및 스위칭 셀들(10 및/또는 44)의 제어는, 본원 출원인에 의해서 프랑스에서 2011년 12월 21일자로 출원되고 그 내용이 참조로서 본원에 포함되는 제 11 62140 호의 출원에 개시된 바와 같을 수 있을 것이고, 그에 따라 전기 에너지 저장 유닛(30)이 임의의 타입의 전력망(24)으로부터 충전될 수 있도록 한다.
예를 들어, 전력망(24)에 의한 전기 에너지 저장 유닛(30)의 충전의 종료 시에, 또는 회전식 전기 기계가 차량(20)을 구동하는 시퀀스의 종료 시에, 과도하게 높은 전압이 존재하는 단자들 상의 커패시터(2)를 방전하는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 이를 위해서, 커패시터(2)의 초기 전하가 전기 스테이터 권선(4) 내에서 소산되도록 하는 방식으로, 스위칭 셀들(10)이 제어될 수 있다. 도 2에서 도시된 예에서는, 에너지 저장 유닛(30)을 개방 회로로 스위칭하도록 하는 방식으로 스위칭 셀들(44)이 또한 제어된다.
이러한 단계 중에, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 값의 전류가 동시에 각각의 코일을 통과하도록 하는 방식으로, 스위칭 셀들(10)이 제어된다.
도 3에서, 전기 스테이터 권선(4)은 단극 전류에 의해서 전력이 공급된다는 것 그리고 각각의 코일(6)의 단자들 상의 전압이 동일하다는 것을 확인할 수 있을 것이다.
각각의 코일 내의 전류의 평균 값이 미리 규정된 비-제로 값(I0)을 가지도록 하는 방식으로 스위칭 셀들(10)이 제어될 수 있고, 이러한 제어는, 커패시터(2)의 방전에 의해서 각각의 스테이터 상에서 유도되는 기전력이 사인파형이 될 때 또는 어떠한 3차 고조파들 또는 3차 배수 고조파들을 포함하지 않을 때, 전기 스테이터 권선(4)의 커패시터(2)에 의한 전기적인 전력 공급에도 불구하고 로터로 토크가 인가되지 않도록 보장한다.
그럼에도 불구하고, 본원 발명은 또한, 단극 전류로 스테이터에 전력을 공급하는 경우에 3차 고조파 또는 그 배수 고조파를 포함하는 기전력을 가지는 회전식 전기 기계와 함께 적용될 수 있는데, 이는 단극 전류에 의해서 생성되는 모터 토크가 낮기 때문이다.
상기 방법이 실행될 때, 일단 전기 스테이터 권선(4)의 저항기는 커패시터(2)의 초기 전하의 전부 또는 일부의 소산을 허용할 수 있다.
예를 들어, 전기 에너지 저장 유닛(30)이 충전된 경우에 커넥터(24)가 충전 스테이션(25)으로부터 분리되는 시간에, 커패시터(2)가 0.4 C의 초기 전하를 가진다. 본원 발명에 따른 방법은, 예를 들어 5초 내에, 커패시터(2)의 전하를 약 50 μC로 감소시킬 수 있거나 커패시터(2)의 단자들 상의 전압을 약 60 V로 감소시킬 수 있다.
다른 예에 따라서, 상기 전하 값 또는 전압 값이 커패시터(2)의 동일한 초기 상태로부터 1초 내에 얻어질 수 있다. 본원 발명은, 단지 설명된 예들로 제한되지 않는다.
달리 구체적으로 설명되지 않은 경우에, "~를 포함하는"이라는 표현은, "적어도 하나를 포함하는"을 의미하는 것으로 이해하여야 할 것이다.
1 : 전기 회로
2 : 커패시터
4 : 전기 스테이터 권선
5 : 스위칭 시스템
6 : 코일
10 : 스위칭 셀
2 : 커패시터
4 : 전기 스테이터 권선
5 : 스위칭 시스템
6 : 코일
10 : 스위칭 셀
Claims (12)
- 전기 회로(1)의 적어도 하나의 커패시터(2)를 방전시키기 위한 방법으로서, 상기 전기 회로(1)는,
- 다상(polyphase) 회전식 전기 기계의 전기 스테이터 권선(4)으로서, 상기 권선(4)은, 스테이터 상(stator phase)을 각각 형성하는 복수의 코일들(6)을 포함하고, 상기 코일들(6)은 전기적으로 상호 연결되지 않는 것인 전기 스테이터 권선(4), 및
- 복수의 제어 가능한 스위칭 셀들(10)을 포함하는 스위칭 시스템(5)
을 또한 포함하고,
상기 방법에서, 상기 코일들(6)은 상기 스위칭 시스템(5)을 통해서 상기 커패시터(2)에 의해 전기적으로 전력이 공급되고, 동일한 값의 전류가 동시에 각각의 코일(6)을 통과하도록 하는 방식으로 상기 스위칭 시스템의 상기 복수의 제어 가능한 스위칭 셀(10)들이 제어되고,
상기 커패시터(2)는 상기 스위칭 시스템(5)을 통해서만 상기 전기 스테이터 권선(4)에 전기적으로 연결되는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 전기 회로(1)의 코일들(6)이 성형-결선형(star-connection)도 아니고 다각형-결선형(polygon connection)도 아닌 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스테이터가 3상인 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 스테이터 권선(4)의 코일들(6) 중 하나로 전력을 공급하는 전류들의 합계의, 상기 복수의 제어 가능한 스위칭 셀들(10)의 스위칭 기간에 걸친 평균 값이 미리 규정된 비-제로(non-zero) 값과 같게 되도록 하는 방식으로, 상기 복수의 제어 가능한 스위칭 셀들(10)이 제어되는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 시스템(5)은 복수의 병렬 장착된 아암들(8)을 포함하고, 각각의 아암(8)은 중간 지점(16)에 의해서 분리된 상기 복수의 제어 가능한 스위칭 셀(10)들 중의 2개의 제어 가능한 스위칭 셀을 포함하고, 상기 복수의 코일들(6) 중의 각각의 코일은 상기 코일(6)에 전용되는 2개의 아암(8)의 중간 지점들(16) 사이에 배치되고, 상기 커패시터(2)는 상기 아암들(8)과 병렬로 장착되는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 회로(1)는 전기 에너지 저장 유닛(30)을 더 포함하고, 상기 커패시터(2)가 상기 전기 에너지 저장 유닛(30)과 상기 스위칭 시스템(5) 사이에 장착되는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전기 회로(1)는, 상기 전기 에너지 저장 유닛(30)을 충전하기 위한 커넥터(23)를 더 포함하고, 상기 커넥터(23)는, 하나의 자유 단부 및 코일(6)의 중간의 지점(35)에 연결된 다른 단부를 각각 가지는 복수의 콘택트들(32)을 적어도 포함하는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 커넥터(23)는 전력망(24)에 연결되고, 상기 전력망(24)은 교류 전력 공급량 또는 직류 전력 공급량 중 임의의 하나를 전달하는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전기 회로(1)는 상기 커패시터(2)와 상기 전기 에너지 저장 유닛(30) 사이에 배치된 DC/DC 전압 변환기(41)를 포함하는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 회로는 전기 차량 또는 하이브리드 차량에서 차량내(on-board) 설치되는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 커패시터(2)는 상기 스위칭 시스템(5)만을 통해서 상기 전기 스테이터 권선(4)에 전기적으로 연결되는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 방전 중에, 상기 커패시터(2)로부터의 전류가, 전기 전도체들 이외의 전기적 구성요소를 통과하지 않으면서 상기 스위칭 시스템(5) 내에서 그리고 상기 전기 스테이터 권선(4)에서 흐르는 것인 커패시터를 방전시키기 위한 방법.
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