KR20010108027A - 전기 모듈 전력 노드, 전력 노드 제어 센터 및 전력 버스백플레인 - Google Patents

Abstract

모듈러 전력 노드(modular electrical power node)는 전력 소스에 접속될 수 있는 다수의 버스 바(bus bar)를 포함하는 전력 버스 백플레인(power bus backplane)과, 각각 기능 구성 요소 및 기능 구성 요소를 동봉(enclosing) 및 지지하는 기하학적 패키지를 제공하는 모듈을 갖는 버스 바 상의 적어도 하나의 단자에 대한 접속을 위한 접속기를 갖는 다수의 기능 모듈과, 기능 구성 요소 및 회로를 단자에 접속하기 위한 회로 및 접속기를 포함하며, 접속기는 버스 바 상에 특정 패턴으로 위치된 특정 단자와의 접속을 위한 전력 버스 백플레인 또는 위치와 대향한다.

Description

전기 모듈 전력 노드, 전력 노드 제어 센터 및 전력 버스 백플레인{POWER NODE CONTROL CENTER}

일반적으로, 전력 분배 시스템은 전력 소스 및 많은 부하(load)를 포함하며, 부하는 브랜치(branch)에 의해 소스에 접속된다. 소스로부터의 전력은 다양한 부하들 각각에 제공되기 전에 몇 가지 방법, 가능하게는 다양한 방법으로 빈번하게 처리된다. 전력을 처리하기 위한 회로 소자들의 위치를 "노드(node)"라고 부른다.

전형적으로, 노드는 특정 위치에서 전력 분배 시스템의 특정한 요구를 만족시키도록 주문 맞춤화되어 왔다. 한 가지 타입의 노드로는 전력 패널(power panel)이 있다.

일반적으로, 전력 시스템은 저전압 또는 고전압 전력 시스템으로서 특징화될 수 있다. 본 명세서에서의 목적을 위해, 저전압 전력 시스템은 전압이 약 1,000 볼트 미만인 전력 시스템인 것으로 고려된다.

저전압 전력 시스템에서, 노드의 전력 용량은 10 킬로와트 미만으로부터 5 메가와트를 초과하는 용량일 수 있다. 노드의 기능은 단순한 것으로부터 매우 복잡한 분배를 수행하는 것이다. 자동 스위칭, 주파수 변환, 전압 변환, 전력 품질 조정, 다양한 타입의 시스템 보호 제어 및 다중 동작 제어 기능들은 특정 부하의 요건을 위해 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있는 단지 몇 가지의 가능한 기능들이다.

전력 분배 시스템 설계에 있어서의 현재의 실행은 각 노드에 대한 기능적 및 특징적 요건을 식별하는 것이다. 노드의 기능적 요건은 노드에 대한 입력 및 노드로부터의 출력의 수 뿐만 아니라, 구성 요소 및 회로 소자의 종류, 용량 및 특성을 형성한다.

현재의 실행에서 설계자는 노드에서 사용될 스위칭 장치의 타입(들) 및 그러한 장치 각각에 대한 정격(rating)을 식별한다. 설계자는 각 노드에서 이용가능한 제어의 타입 및 그러한 제어가 자동화되어야 하는지의 여부를 또한 식별한다. 또한, 현재의 실행은 전력 시스템 설계자가 소정의 노드에서 (만일 있다면) 제공될 보호의 타입을 지정하는 것이다.

현재의 실행에서는 노드에서 주파수 및/또는 전압 변환을 수행할 필요가 있다.

전형적으로, 소정의 노드에서 존재할 것이 요구되는 모든 장비는 단일의 구성 요소에 의해 생성되지 않으며, 그것은 노드에서 사용된 여러 구성 요소를 다른제조자들로부터 보호할 필요가 있게 한다. 통상적으로, 생산자는 각 노드에 대한 여러 구성 요소 및 많은 장비를 획득 및 조립할 수 있으며, 원하는 출력이 생성되기 전에 각 노드 및 그 구성 요소를 설계 및 주문 처리해야 한다. 결국, 전형적으로 각 노드는 그 자신의 신원(identity)을 취하지만, 그 후 쉽게 변경되지 않는다. 전력 분배 시스템은 결국 설계 프로세스의 초기에 유연성을 잃게 된다. 노드 장비의 구매를 위한 리드 시간은 노드에서 수행될 기능들을 용이하게 하기 위해 특정 장비를 설계 또는 주문 처리하는데 요구되는 시간을 포함하기 때문에, 부하 요건에 있어서의 변경은 때로는 획득하는데 있어 긴 지연을 초래한다.

통상적으로, 전력 시스템 노드는 사전조립되지 않은 몇 개의 개별적인 소자를 포함할 수 있다. 그러한 경우, 노드에 개별적인 구성 요소들을 설치하고, 설치후 그들 구성 요소를 회로 내에 접속한 후, 적절한 동작을 위해 설치 및 접속된 구성 요소들을 테스트한다.

발명의 개요

본 발명은 전력을 부하로 전달하기 위한 다수의 브랜치를 갖는 전력 분배 시스템을 포함한다. 브랜치는 전력을 모니터링, 스위칭, 보호 및/또는 전력을 하나 이상의 특정 부하에 대해 요구되는 형태로 변환하기 위해 다양한 기능 장비 및 회로가 위치되는 노드에서 상호 접속된다. 요구되는 다른 기능들은 각 부하 근처의 노드에서 편리하게 수행된다.

하나의 특징에서, 본 발명은 부하 요건에 있어서의 변경을 수용하기가 용이하도록 구성된 모듈이며 부하 및 시스템 변경시에 쉽게 갱신될 수 있는 노드를 제공한다.

바람직하게, 노드는 스위칭, 전력 변환 및/또는 전력 조정과 같은 기능을 수행하는 모듈을 포함한다. 바람직하게, 각 모듈은 전원으로부터 변경되고 부하를 위해 설계된 사전결정된 출력을 생성 및/또는 제어하는데 필요한 기능 구성 요소 및 회로 소자를 포함한다. 모듈은 다른 모듈 및 백플레인과 조립되도록 설계된 모듈러 하우징내에 포함될 수 있다. 바람직하게, 노드는 서로 부합되고 바람직하게 서로에 대해 콤팩트하게 위치하는 모듈 내에 기능 구성 요소 및 회로를 위치시킴으로써 제공되며, 그러한 모듈들 중 적어도 일부는 본질적으로 접촉하거나 또는 인접하는 백플레인에 전기적으로 접속된다. 바람직하게, 모듈들은 상호 접속된 모듈을 기계적으로 지지할 수 있는 백플레인에 대한 전력 상호 접속을 바람직하게는 부분적으로 가짐으로써 노드에서 서로를 지지한다. 노드는 시스템 전력을 수신하고, 몇 가지 방법으로 그 전력을 변경하며, 변경된 전력을 기능 모듈에 대한 출력으로서 제공하는 입력 전력 모듈을 가질 수 있으며, 기능 모듈은 부하를 지지한다.

모듈은 직사각형 형상의 고체로 제조되어, 콤팩트 노드를 형성하기 위해 다수의 모듈을 함께 조립하는 것을 용이하게 할 수 있다.

함께 조립될 수 있는 상호 부합 비직사각형 고체 형상 또한 본 발명의 범위에 속한다. 콤팩트 노드를 제공하는 것 이외에, 모듈들을 서로 밀접하게 조립하는 것은, 인접 모듈들간에 측방향 또는 수직 상호 접속이 있는지의 여부와는 상관없이, 전체적인 기계적 지지 및 열적 안정성을 노드 구조에 부가한다.

바람직하게, 대형 모듈은 소형 모듈의 대응하는 치수의 두 배 또는 다른 짝수 배수인 적어도 하나의 치수를 갖도록, 모듈은 표준 치수를 갖는다. 모듈은 청결을 위해 하우징 내에 포함되거나 또는 하나 이상의 면의 개구를 남기면서 그들을 서로 조립할 수 있는 단단한 프레임을 가질 수 있다. 모듈이 바람직하게 자체 포함 접속기에 의해 서로 접속되도록 할 수 있는 소정의 회로 보드 및 접속기를 포함하는, 모듈 내에 포함되는 구성 요소, 회로 소자, 도체 및 접속기는 모듈 프레임, 동봉부(enclosure) 또는 다른 특별히 제공된 지지 구조물 상에 직접적으로 지지될 수 있다. 몇 가지 예에서, 적어도 일부의 모듈 구성 요소에 대한 지지는 단지 모듈 접속기에 의한 것일 수 있다. 지지는 동작, 전기 단락 회로, 바람직하지 않은 자기 효과 등에 영향을 미칠 수 있는 기계적인 방해가 없도록 모듈 구조를 유지하기 위한 것이다. 지지는 모듈의 설계 방향에 있어서 구성 요소의 바람직한 동작 방향을 유지할 수 있다.

다른 특징에서, 본 발명은 각 노드에 대해 표준화된 백플레인을 제공하여 적어도 하나의 버스 구조와 접속시킨다. 전력이 버스 구조에 입력된다. 백플레인은 함께 동작하는 접속기로 구성된 모듈의 여러 가지 상이한 타입 및 크기에 대해 신속한 접속 수단을 제공하여 버스에 대해 자체 접속한다.

바람직하게, 백플레인 접촉 모듈은 서로를 접속하여 모듈러 전력 노드 제어 센터를 정의한다. 각 백플레인 표준화형 버스 구조는 바람직하게 다양한 비례 치수의 모듈을 수용하며, 그들 중 소정의 하나 이상의 모듈이 유사하거나 또는 상이한 모듈에 의해 대체될 수 있다. 예를 들면, 하나의 모듈이 보다 작은 크기의 2 개 이상의 모듈에 의해 대체될 수 있다. 적절한 모듈 위치들의 윤곽이 백플레인 접속 표면 상에 디스플레이되어 모듈의 위치 지정 및 위치 재지정을 용이하게 한다.

바람직하게, 백플레인 자체는 하나 이상의 버스 구조, 예컨대 AC 및 DC 버스 구조를 가지며, 그러한 경우 모듈에 대해 개별적인 접속기가 제공되어 임의의 위치에서의 가장 작은 크기의 모듈 조차도 이용가능한 접속을 갖도록 한다. 백플레인은 입력 버스 바 뿐만 아니라, 중간 버스 바를 제공할 수 있다. 모듈의 출력이 부하에 공급되는 대신에, 중간 버스로 공급되어 그러한 버스 상의 변형된 형태의 전력이 다른 모듈 또는 부하에 직접적으로 또는 다른 변형 이후에 제공되도록 한다.

이와 달리, 백플레인은 다른 전력 소스로부터 공급된 변형된 전력을 전달하는 다수의 추가적인 버스 바를 포함할 수 있다.

또한, 백플레인은 부하에 리딩(leading)하는 도체에 대한 출력 단자를 제공할 수 있다. 적어도 하나의 가능한 구성에서, 다양한 버스 바에 접속된 바와 같은 모듈을 결합하기 위한 셀프 인게이징(self-engaging) 접속은 부하에 또는 다른 모듈에 리딩하는 도체가 접속될 수 있는 모듈로부터 백플레인의 반대 측면 상의 다른 접속기로 연장될 수 있다.

노드의 제어 모듈 부분은 노드의 일부를 형성하는 다른 모듈의 다양한 제어 기능을 수행하도록 프로그램될 수 있는 중앙 처리 유닛 또는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 요구에 따라 그러한 중앙 처리 유닛 및 감지 장치를 통합하는 제어 시스템이 노드에 부가될 수 있으며, 노드에서 또는 노드로부터 이격되어, 그것이 개별적으로 접속되는 각 노드를 처리한다. 존재하는 경우, 그러한 제어 시스템은 노드에 대한 입력 전력 및 노드로부터 접속된 각 출력의 전력을 모니터링하고, 노드의 전기 시스템 데이터를 모니터링하며, 적어도 하나의 모듈러 기능 분배 장치에 대해 명령한다. 그러한 명령은 부하로부터 노드 출력 회로를 접속 해제하거나 또는 접속된 출력 회로에 대한 전력 흐름을 중지시킬 수 있다.

제어 시스템은 그러한 모니터링 및 명령을 수행하기 위한 프로그램가능 수단을 이용할 수 있다. 또한, 그러한 제어 모듈은 입력 신호에 의해 하나 이상의 기능 장치의 상태를 소정의 상태로부터 반대 상태로 변경할 수 있는 전체 전기 중앙 제어에 접속될 수 있다. 또한, 제어 시스템은 기능 분배 장치를 모니터링하고, 자체 정정을 위해 장치를 자동적으로 변경하도록 명령을 전송하며, 장치를 오프로 전환하거나 경고 신호를 중앙 제어 시스템에 전송한다. 제어 시스템이 모니터링 및 감지 수단을 포함하는 경우, 처리 수단은 사전결정되거나 또는 적응적인 알고리즘에 따라 감지 데이터를 처리하고, 동작, 디스플레이 정보 또는 기록 데이터를 명령할 수 있는 출력 기능을 생성한다.

전력 노드 제어 센터는 예컨대, 스위칭, 전압 변환, 주파수 변환 및 전압 조정을 포함하는 여러 가지 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 노드가 제어 시스템을 포함하는 경우, 그것은 과도 전류 보호, 접지 전류 보호, 과도 및 과소 전압 보호, 과도 및 과소 주파수 보호, 차동 전류 보호, 위상 전류 불균형 보호 및 개방 회로 보호와 같은 보호 제어 기능을 수행하는데 특히 적합하다. 제어 모듈은 제한되는 것은 아니지만, 입력 및 출력 상태 모니터링, 모든 기능 전력 분배 장치의 양호 상태 모니터링, 제어 기능의 진단 모니터링, 중앙 제어 스테이션 또는 다른 전력 노드 제어 센터(들)에 대한 제어 정보 통신, 중앙 제어 스테이션 또는 다른 전력 노드 제어 센터로부터의 정보 및 명령에 대한 수신 및 동작, 노드에 대한 또는 전력 노드 및/또는 중앙 제어 센터에서의 시스템에 대한 정보 디스플레이를 포함하는 하나 이상의 동작 제어 기능을 수행한다. 전력 노드 제어 센터 또는 시스템의 적절한 동작을 위해 바람직한 것으로서의 그러한 제어 기능의 디스플레이 외에도, 전력 노드 제어 센터는 악영향을 받은 부하를 차단하거나, 또는 노드에서 혹은 시스템 내의 다른 곳의 적절한 모듈의 구성 요소에서 정정 동작을 수행하도록 프로그램될 수 있다.

본 발명은 전력 분배 시스템과, 그러한 전력 시스템을 제어 및 보호하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 군사용 및 상업용 선박 응용 및 장거리 운송 차량 모두에 사용되는 전력 분배 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 특징을 나타내는 다수의 전력 노드 제어 센터를 포함하는 전력 분배 및 전달 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 특징을 나타내는 전력 노드 제어 센터의 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로서, 전력 백플레인 상에 지지된 기능 및 제어 모듈을 갖는 단일의 전력 노드 제어 센터의 개략적인 형태에 대한 전면도이다.

도 3은 전력 버스 백플레인에 접속된 도 2에 도시된 전력 노드 제어 센터의 개략적인 형태에 대한 후면도이다.

도 4는 전력 버스 백플레인을 도시하는 도 2에서 우측으로부터 좌측으로 본 것으로서, 도 2 및 3에 도시된 전력 노드 제어 센터의 개략적인 형태에 대한 측면도이다.

도 5는 백플레인을 갖는 전력 노드 제어 센터를 형성하는 기능 및 제어 모듈의 접속을 위한 포인트를 예시하기 위해 도 3 및 4에 도시된 백플레인이 제거된 것으로서, 도 2, 3 및 4에 도시된 전력 노드 제어 센터의 개략적인 형태에 대한 후면도이다.

도 6은 도 2 내지 5에 도시된 것과 유사한 전력 노드 제어 센터 및 백플레인의 동일한 개략적인 분해도이다.

도 7a는 단일 쌍의 인게이징 접속 부재를 통한 확대 단면도이다.

도 7b는 튤립 접속기를 들어다본 수직 정도면이다.

도 8은 도 1과 유사하지만, 대표적인 제어 모듈 및 접속기가 추가된 시스템을 도시한 개략도이다.

도 9는 전력 버스 백플레인의 다른 구성을 도시하는 전면도이다.

도 10은 구조의 전면 및 후면 상의 접속기 및 전면에서 접속기를 접속하기 위한 위치에서의 모듈을 도시하는 것으로서, 도 9의 전력 버스 백플레인의 각 백플레인 버스로부터의 접속을 도시하는 개략적인 단면도이다.

도 11은 백플레인 버스에 접속되며 도 9 및 10에 도시된 타입의 백플레인 버스를 통한 개구를 통해 연장하는 도체를 나타내는 개략도이다.

도 12는 도 9 내지 11의 전력 버스 백플레인의 코너의 도 11과 유사한 개략적인 사시도로서, 적절한 절연을 갖는 구조 및 단자의 열을 따라 취해진 단면을 도시하는 도면이다.

도 13은 도 10과 유사하나 전력 버스 백플레인의 일부에 접속된 다소 확대된단일 모듈을 도시하는 개략도이다.

도 14는 기능 모듈이 전력 라인을 백플레인에 접속하고 피드백으로부터 전력 라인으로의 백플레인 버스의 절연을 제공하는 방법을 도시하는 도면이다.

도 15는 백플레인 버스로부터 취해진 3 위상 AC 중 하나의 위상이 기능 모듈에 의해 반전되는 방법을 도시하는 개략도이다.

도 16은 DC 조정 및 DC 변환에 대한 가능성을 제공하면서, DC 부하가 기능 모듈에 의해 스위칭되는 방법을 도시하는 도면이다.

일반적으로 도면들, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 특징을 나타내는 전력 분배 시스템이 도시되어 있다. 전력 분배 시스템은 적어도 하나의 전력 소스(1) 및 각각 일반적으로 3으로 표시된 다수의 부하를 포함한다. 부하(3)는 전력 소스(1)에 의해 공급된 전력을 수신한 후, 여러 가지 기능을 수행한다. 전력 소스(들)와 부하의 중간에는 각각 일반적으로 2로 표시된 다수의 전력 노드가 있다. 전도성 브랜치는 소스(1)에 의해 공급된 전력을 다른 브랜치에 의한 선택된 부하(3) 또는 다른 노드(2)로의 분배를 위해 선택된 노드(2)로 전달하며, 전력은 선택된 부하(3) 또는 추가적인 부하(3) 등에 관련된 또다른 노드(2)로 공급될 수 있다.

도 1에서의 직사각형 대시 라인 A₁은 일반적으로 2a로 표시되고 개략적으로 도시된 전력 노드 제어 센터를 통해 하나의 전력 소스로부터 기본적으로 공급되는다수의 노드(2) 및 부하(3)를 둘러싼다. 직사각형 A₁내의 노드(2) 및 부하(3)의 그룹화는 공통의 일반적 위치 또는 전문화된 기능을 갖는 이들 노드 및 부하로 인한 것일 수 있다. 대부분의 시스템에서 예상될 수 있는 다른 그룹화는 A'으로 표시된 단일의 그룹화에 의해 일반적으로 표현되며, A'은 관계된 다른 장소에 있게될 것이다.

A'은 제 2 그룹의 노드(2) 및 부하(3)가 다른 제어 센터(2')에 접속되어 다른 전력 소스(1')로부터 전력을 수신할 수 있는 장소를 개략적으로 나타낸다. 노드 및 부하의 다른 그룹 및 전력 소스는 여러 가지 구성에 부가될 수 있으며, 도시된 바와 같이 그룹당 하나의 전력 소스로 제한될 필요는 없다. 전력 소스는 브랜치(4)에 의해 접속된 전력 노드 제어 센터(2_A및 2')에 의해 나타낸 바와 같이 전력 노드 제어 센터(2_A및 2')를 통해 함께 또는 직접적으로 네트워킹될 수 있다. AC 및 DC 소스와 같은 병렬의 상이한 전력 소스가 공통 위치에 배치될 수 있다. 그러므로, 도시된 브랜치 라인은 한 쌍 이상의 도체일 수 있다. 상이한 위치에서의 상이한 종류의 전력에 대한 도체의 세트를 하나의 그룹 내에서 만날 수 있다.

도 1에서의 단일의 라인은 전기적 접속 또는 광섬유 접속이 있음을 나타낸다. 몇 가지 경우에, 접속은 단일 타입의 전력일 수 있다. 전력 소스가 DC 소스일 때, 특히 DC에 대한 한 쌍의 버스 바가 각 노드에 제공될 때, 2 개의 라인이 요구된다. 특정 전압 레벨에서의 단일 위상 AC 전력은 또한 2 개의 도체를 요구한다. 3 위상 AC가 이용된다면, 3 개의 도체가 이용되고, 각 위상에 대해 개별적인 버스 바가 이용된다.

전력 소스는 단일의 전력 소스이거나, 또는 AC 및 DC에 아마도 적어도 4 개이거나, 또는 AC가 3 위상인 경우 5 개인 개별적인 적절한 출력 도체를 제공하는 개별적인 전력 소스일 수 있다. 다른 가능성은, 전력 소스에서 단지 AC만이 생성되는 경우, AC/DC 변환기가 제어 센터(2_A)에 제공되어, AC 및 DC 도체 모두를 나타내는 출력 브랜치를 갖는 DC 전력을 생성한다.

전력 노드 제어 센터(2_A및 2') 중 일부는 전력 소스(1)로부터 생성된 전력의 접속이 다른 전력 발생기를 포함하는 네트워크에 공급되는 것과 같이, 다른 것에 제공되는 브랜치 접속을 갖는다.

전력 노드 제어 센터는 실제로 한 가지 타입 이상의 전력을 제공할 수 있으며, 전력의 추가적인 형태 및 전압의 레벨이 그들이 공급하는 부하의 필요성에 따라 다양한 그룹 내의 전력 노드 제어 센터에 제공될 수 있다. 따라서, 전력 노드 제어 센터의 한 가지 기능은 한 가지 형태의 전력으로부터 다른 형태의 전력으로 변환하는 것일 수 있다. 선택된 전력 노드 제어 센터의 개별적인 모듈은 평활화(smoothing) 회로를 갖는 전파 정류기(full wave rectifier)와 같은 변환기를 제공하여, 단일 위상 또는 3 위상 AC 공급기로부터 선택된 부하에 대한 DC 출력을 획득할 수 있다. AC는 DC 변환 모듈에 대한 전압을 감소시킬 수 있는 변압기 모듈 또는 전압 제한 회로에 의해 변경된 자신의 전압을 가질 수 있다. 마찬가지로, 전력 주파수 변환이 전력 노드 제어 센터의 주파수 변환 모듈 부분에서 수행될 수있다.

일반적으로 2a로서 도시된 전력 노드 제어 센터는 도 1에서 도시된 전력 분배 시스템에서 이용하기 위한 모듈러 구성을 갖는다. 전력 분배 시스템의 전력 버스 백플레인(8) 부분은 전력을 전달하기 위해 바람직하게 실질적으로 상호 평탄한 다수의 버스 바를 갖는다. 다수의 기능 모듈(6)은 기능 모듈 중 다른 것과 그리고 백플레인과 상보적으로 접촉하며 조립되는 평행 육면체 형상의 하우징 내에 바람직하게 각각 포함된다.

적어도 일부의 기능 모듈은 정류 수단, 스위칭 수단, 전압 변환 수단, 전압 조정 수단, 펄스 및 다른 파형 생성 수단, 전압 변환 수단 및/또는 전력 감지 및 제한 수단 중 적어도 하나를 포함한다.

바람직하게, 전력 노드 제어 센터는 적어도 하나의 기능 모듈 및 백플레인과 상보적으로 접촉하며 조립되는 평행 육면체 형상의 하우징에 포함된 제어 모듈(10)을 더 포함한다. 바람직하게, 제어 모듈은 전압 및 전류 한계, 전압 극성, 서지 기준, 온도 한계, 습도 한계, 쇼크 한계 및 교류 위상 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 사전 선택된 명령, 동작 및 성능 기준에 따라 적어도 하나의 동작 모듈의 동작을 제어하는 프로그램가능 마이크로프로세서 수단을 더 포함한다.

바람직하게, 전력 노드 제어 센터는 백플레인(8) 및 기능 모듈들(6) 중 적어도 하나 위에, 플러그 호환가능 튤립 및 핀(plug-compatible tulip and pin) 접속 수단을 더 포함(여기서, 튤립은 일반적으로 52로서, 핀은 54로서 표시됨)하여, 선택된 기능 모듈(6)을 백플레인(8)의 버스 바에 전기적으로 접속한다.

도 1에서 2a로 표시된 바와 같은 전력 노드 제어 센터의 모듈러 구성 버전이, 동일한 전력 노드 제어 센터의 전면, 후면 및 측면도를 나타내는 도 2, 3 및 4에 도시되어 있다. 바람직하게, 전력 노드 제어 센터(2a)는 3 개의 버스 바에 전기적으로 접속되며, 버스 바 각각은 일반적으로 16으로 표시된다. 3 위상 AC 전력의 경우, 각 위상에 대한 버스 바는 지정된 위상을 전달하는 개별적인 전력 라인에 바람직하게 접속된다. 전력 노드 제어 센터는 전력 백플레인(8)과 함께 동작하는 기능 모듈(6)의 구성을 갖는다. 본 실시예에서, 전력 노드 제어 센터(2a)는 함께 클러스터된 4 개의 기능 모듈(6a, 6b, 6c, 6d)을 갖는다. 기능 모듈(6a, 6b, 6c, 6d)의 부합 측면은 서로에 대한 상호 지지를 제공하면서 모듈들이 함께 위치되도록 한다. 주된 기계적 지지는 또한 백플레인(8) 및 특히 접속기(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)로부터 제공되는데, 접속기는 동일한 상대적 위치와, 다른 모듈 및 위치에 대한 방향으로 바람직하게 반복된다.

바람직하게, 백플레인(8)은 각각 3 위상 AC 전류의 A, B 및 C 위상을 전달하는 AC 버스 바(16a, 16b, 16c)를 포함한다. 버스 바(16)는 수직으로 뻗어 있고, 예시된 바람직한 실시예에서 2 개의 원주 모양의 기능 모듈 위치가 있으므로, 동일 위상의 버스 바(16)는 버스 크로스바 T16a, T16b, T16c를 결합함으로써 함께 결합된 각각의 열(column)에서 반복된다. 단락을 방지하기 위해, 각 위상의 버스 및 결합 바가 도 4에 도시된 바와 같은 상이한 평면에 위치된다. 이와 달리, AC 버스 바는 동일한 평면에 위치되고, 결합 바 T16a, T16b, T16c는 다른 위상의 바 위에 또는 아래에 루프(loop)될 수 있다. 바람직하게, 전력 입력 접속은 접속기(18a, 18b,18c) 및 케이블(20a, 20b, 20c)에 의해 백플레인(8)의 단부에서 접속 바(16a, 16b, 16c)에 대해 형성될 수 있다.

또한, 백플레인(8)은 바람직하게 2 개의 열에서 반복되는 DC 버스 바(22a, 22b)를 바람직하게 포함한다. DC 버스 바(22a, 22b)는 각각의 최소 크기의 기능 모듈 위치에 대한 동일한 상대적 위치에서 반복되는 접속기(14a, 14b)를 포함한다. DC 버스 바(22a, 22b)는 AC 결합 바 T16a, T16b, T16c로부터의 백플레인의 반대 단부에서 결합 바 T22a, T22b를 접속함으로써 함께 접속되며, 단락을 피하도록 바람직하게 상이한 평면에 위치된다. 결합 바 T22a, T22b는 DC 입력 케이블(26a, 26b)에 대해 접속기(24a, 24b)를 편리하게 제공한다. 각 케이블에서의 링(ring) 접속기는 끼워진 단자 핀 상의 너트(nut)에 의해 적절하게 전도성으로 유지된다.

모든 입력 케이블, AC 및 DC는 도 1에서 단일의 브랜치를 나타낸다. 모든 입력 케이블이 함께 다발로 형성될 수 있으며, 이와 달리 AC 및 DC 케이블이 개별적으로 다발로 형성될 수 있다.

핀(12, 14)을 통해 개별적인 모듈에 적절한 지지를 제공하기 위해, 핀은 인가된 부하를 지탱하도록 튼튼하게 구성된 관련 버스 바를 견고하게 접속한다. 버스 바를 서로에 대해 적절하게 지지하고 그들을 서로 적절하게 이격시키고 절연하는 한 가지 바람직한 방법은 에폭시 수지 또는 베이카라이트(bakalite) 타입의 수지와 같은 절연 포팅 화합물(insulating potting compound)을 이용하여 단단한 지지를 제공하는 것이다.

버스 바는 완전히 조립될 때 적절한 상대적 위치에서 몰드에 위치된다. 용해된 수지는 몰드 내로 부어지고, 백플레인이 유닛으로서 제거되기 전에 굳어지도록 허용된다. 바람직하게, 절연 재료는 16a 및 22b를 포함하는 모든 버스 바를 커버하며, 절연 표면을 지나 돌출하는 접속기(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)만을 남기게 된다.

이와 달리, 바는 비포트형(non-potted) 절연 구조에 의해 기계적으로 지지될 수 있다.

도 3 및 4는 기계적 지지가 생략된 백플레인 구조를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 튤립 접속기(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)의 지지 축(stem) 부분은 버스 바의 후면을 통해 돌출하므로 눈으로 볼 수 있으며, 튤립 접속기 부분의 플라워(flower) 부분은 보이지 않는다. 원통형 핀 축 부분은 버스 바에서의 부합 원통형 홀 내로 납땜되거나 또는 용접되는 프레스 접합부이다. 따라서, 그것은 기능 모듈(6) 또는 제어 모듈(10) 쪽으로 돌출되어 함께 동작하는 단부와는 다른, 도 3에 도시된 튤립 접속기의 수신 단부이다.

도 5는 백플레인(8)과 대향하는 모듈의 표면 상의 접속기를 도시한다.

바람직하게, 기능 모듈 및 제어 모듈에는 핀 접속기(60)가 제공되어 핀-수신 튤립 접속기(52) 대해 셀프 인게이징한다.

몇 가지 경우, 모듈(6 및/또는 10)은 AC 전력만을 또는 DC 전력만을 요구할 수 있다. 그러한 경우, 모든 접속기가 모듈에 대한 전기적 접속을 제공하지는 않을 것이다. 한편, 핀(60)과 튤립(52)의 접속은 모듈(6 및/또는 10)에 대해 전기적 접속 뿐만 아니라, 기계적 지지를 제공하므로, 활성 회로가 접속되지 않는 경우에도,모듈에 단단하게 고정되며 부가된 기계적 지지를 제공할 수 있는 핀 및 튤립 접속기 수단 또는 다른 타입의 접속 수단을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

제공된 교류가 3 위상이며 단지 단일의 위상이 요구되는 경우, 3 개의 도체 중 단지 2 개만이 전기 접속을 위해 사용될 필요가 있으며, 나머지 접속기는 바람직하게 단락 회로를 방지하고 부가된 기계적 지지를 제공하도록 절연된 그들의 외면과 함께 사용된다.

소정의 모듈(6 및/또는 10)은 백플레인(8)에 의해 공급되는 모든 타입의 전력을 요구할 수 있다.

모듈 하우징이 단단한 구조이며 적어도 전기 단자의 영역에서 비전도성인 경우, 핀 접속기 또는 몇 가지 다른 타입의 단자는 하우징 벽 또는 하우징 내의 프레임 상에 직접적으로 지지될 수 있다. 이와 달리, 핀 접속기(60)는 그것이 전기적으로도 접속되는 구성 요소에 기계적으로 접속될 수 있으며, 여기서는 그들 단자로부터의 전력이 요구된다. 그러한 경우, 구성 요소는 하우징을 지지할 수 있으며, 또는 하우징을 지지하는 프레임 또는 벽에 접속될 수 있다. 전기적 접속을 위해 이용되지 않는 위치에서 전기 접속기를 필요로 하지 않는 모듈의 예로는 도 2 내지 6에 도시된 기능 모듈(6d) 및 제어 모듈(10)이 있다. 가능하게는 비전도성 재료로 형성된, 유사한 기계적 접속기가 부가된 기계적 지지를 위해 비전기적 접속 부분에서의 그러한 모듈 상에 바람직하게 제공된다. 도 2 및 4에 도시된 바와 같이, 모듈(6d)은 다른 모듈 높이의 2 배이다.

백플레인(8)을 표준화하기 위해, 바람직하게 기능 모듈(6)은 백플레인(8)에서 허용가능한 가장 작은 모듈의 단지 정수 배의 치수만을 갖는다. 모듈(6d)은 하나의 구성을 제외하고는 전기적 접속을 요구하지 않으며, 가능하게는 그 안에 단지 하나의 접속기 세트가 있다. 백플레인 상의 각 최소 모듈 위치에 접속기가 제공되기 때문에, 이들 부가적인 접속기는 보다 큰 모듈을 위해 전기 접속을 필요로 하지 않는 대응하는 위치에 부가적인 비전도성 핀을 제공함으로써 추가적인 기계적 지지를 제공한다. 표준화된 모듈의 수용 및 최소 크기 모듈을 통한 크기의 상호 스위칭 가능성을 용이하게 하도록 적절한 접속기를 갖는 것이 바람직하다. 모듈의 전기적 접속을 위해 필요하지 않은 접속 위치에서 비전도성 핀을 이용하는 각 구성에서의 접속기(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)의 두 세트에 대한 접속은 부가된 기계적 지지를 또한 제공한다.

도 2의 좌측 하부에서 볼 수 있는 바와 같이, 소정의 전력 노드 제어 센터에서 하나 이상의 모듈러 위치가 점유되지 않을 수 있다. 그러한 경우, 그 위치에서의 핀(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)이 노출된다. 전기적 쇼크 및 단락 회로를 방지하기 위해, 절연된 슬리브(sleeve)가 핀에 제공될 수 있다. 모듈에 전력을 제공하는 핀은 핀과 모듈 내 회로 간의 양호한 전기적 접촉을 위한 전도성 재료이다.

도 2, 3 및 4는 바람직하게 전력 소스로부터 직접적으로, 또는 기능 모듈로부터 전력을 수신하는 3 개의 AC 버스 바 및 2 개의 DC 버스 바를 도시한다. 백플레인(8)이 표준이고, 변경되지 않는다면, 각 모듈 위치에 대응하는 표준 위치에 활성 자체 접속기로 고정된 백플레인(8)을 갖는 것이 바람직하다. 버스 바가 여러 가지 방법으로 변경될 필요가 있는 경우가 있다. 예를 들어, 몇 가지 경우에 버스 바의 평행한 세트는 상호 접속되어서는 안될 것이며, 각 세트는 상이한 타입 또는 레벨의 전력을 전달할 수 있다. 단일의 버스 바로서 도시된 것은 다양한 목적을 위해 2 개 이상으로 분할될 수 있다.

접속이 플러그 인(plug-in) 또는 퀵 접속(quick-connect)인 구조 및 백플레인과 모듈 모두 위의 표준 위치의 이점이 중요하다. 그러한 접속에서 서로에 대한 모듈의 위치 및 정렬은 자동으로 결정된다. 모듈을 적절한 위치에 위치시키는 것을 용이하게 하기 위해, 굵은 라인 또는 대시 라인에 의해 백플레인(8) 상에서 표시된 최소 크기의 모듈 위치를 갖는 것이 바람직하다.

모듈은 도 6에서 기능 모듈(6e, 6f) 사이에 도시된 바와 같은 플러그 인 또는 퀵 접속인 측방향 접속을 가질 수 있다. 소정의 경우, 전력 소스는 단지 한 가지 타입의 전력, 예를 들면 3 위상 AC 전력을 생성할 것이다. 그러한 경우, 노드(2a)에서 전파 정류기 및 평활화 회로를 포함하는 기능 모듈을 이용하여 AC를 DC로 변환하는 것이 바람직할 것이다. 도 2, 3 및 4의 전력 노드 제어 센터가 포함된다면, 3 위상 AC 전력이 도 2, 3 및 4의 모듈(6a)에 수신될 수 있으며, 전파 정류기 및 평활화 회로를 포함하는 그 모듈은 특정 전압 레벨의 DC 전력을 제공한다. DC 출력은 DC 버스 바로 직접 피드백되거나 또는 처리를 위해 전압 조정과 같은 기능을 위한 기능 모듈(6b)로 제공될 수 있다.

이와 달리, 도 6에 도시된 바와 같이, 기능 모듈(6e, 6f) 간의 측방향 상호 접속은 모듈(6e)에서 생성된 DC가 구형파(square wave) 또는 다른 비 DC 전력을 생성하는데 사용하기 위해 모듈(6f)로 공급되거나, 노드 내의 다른 모듈에 대해 이용가능한 그러한 종류의 전력을 생성하기 위해 버스 바의 제 2 세트에 피드백되고/되거나 다른 노드로 전달되도록 한다.

도 6은, 모듈의 내부 세부 사항은 보여주지는 않으면서, 전력 버스 백플레인(8'), 모듈(6a, 6e, 6f), 상이하게 구성된 기능 모듈(40a, 40b) 및 제어 모듈(10')의 약간 변형된 구성을 도시하는 부분적 분해 사시도이다. 도면은, 가능하다면, 최소 공간 모듈로서 도시되고 있는 기능 모듈(6a, 6e, 6f)과 함께 동작하기에 적당한 위치에 있는 접속기(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)의 세트를 도시하고 있다. 세 개의 버스 바 세트와 두 개의 버스 바 세트 상의 각각의 핀 접속기(12a, 12b, 12c, 14a, 14b)는 최소 공간 모듈(6a, 6e, 6f)이 자체 접속 단자(도시되지 않으며 그 모듈에 포함됨)와 그 위치가 정확하게 맞아떨어지도록 위치를 차지한다. 모듈(6a, 6e, 6f) 및 그 백플레인(8)에 대한 접속은 본질적으로 동일하다. 모듈(6a, 6e, 6f)은 주어진 부하에 대해 요구되는 기능적 출력을 제공하기 위하여 차례로 시프트될 수 있다. 물론, 제어 모듈(10')은 개별적 모듈(6a, 6e, 6f)과 협력하고 부가적 및/또는 상이한 모듈을 제어하기 위하여 변형될 수 있다.

모듈(6e)이 요구되는 경우 전기적 접속 또는 그렇지 않은 경우 기계적 지지를 위한 백플레인(8')의 그 것과 유사한 자체 접속 측방향 핀(46a, 46b, 46c 및 48a, 48b)을 제공한다는 점에서 모듈(6a)과 다르다. 그 접속은 효과적으로 모듈(6e)로부터의 출력을 모듈(6f)로 제공한다. 이들 모듈은 백플레인(8')으로 조립되기 이전에 먼저 함께 접속된다.

포함된 기능의 예는 모듈(6f)에서 접속기(48a, 48b) 및 그들의 관련 튤립 접속기를 통하여 두 개의 버스 바 상에 위치될 수 있는 펄스형 전력 출력을 생성하는 모듈(6e)에서의 펄스 생성 유닛이다. 모듈(6f)에서의 접속기는 펄스를 형성 또는 제한하는 회로 또는 그 타입의 전력에서 유용한 일부 다른 기능간에 접속된다.

보호 및/또는 동작 제어 모듈(10 또는 10')이 모든 노드에서 반드시 포함될 필요는 없다. 그러나, 많은 경우에, 보호 및 동작 제어 모듈(10)을 그 노드에 바로 갖는 것이 매우 바람직하다. 그러한 모듈(10)은 보통 백플레인(8)으로부터 그 전력을 얻는다. 그 노드는, 그 일부가, 또한 다른 노드 및/또는 중앙 제어 센터와 상호 접속될 수 있다. 제어가 각 기능을 위한 컴퓨터를 요구하지 않을 수 있지만, 많은 목적에서 컴퓨터 기능은 꽤 중요하다. 일부 기능은 비컴퓨터 제어형 장비에 의하여 수행될 수 있으나, 매우 자주 컴퓨터에 의하여 동일한 기능이 보다 효율적이고 보다 콤팩트하게 수행될 수 있다. 그들의 작은 크기 때문에, 동일한 제어 모듈 내부에 상이한 기능을 위한 분리 칩 및/또는 컴퓨터 회로 보드가 있을 수 있다. 바람직하게 제어 및 보호 모듈은, 예컨대 제어의 속성을 변화시키고 기능 모듈을 보호하기 위해, 또는 새로 대체된 모듈을 적절히 제어 및/또는 보호하도록 회로 보드의 스위칭을 허용한다.

회로 보드의 스위칭을 제공하는 것 외에도, 제어 및 보호 모듈(10 또는 10')은, 백플레인(8)으로부터 동작을 위하여 요구되는 전력을 기능 모듈을 위하여 이용된 접속과 같은 접속을 통하여 수신하는 동안, 보통은 잭 형(jack-like) 접속으로 플러그 인 하는 점퍼(jumper) 접속에 의하여 달성될 수 있는 저전류 전자 접속을 통하여 기능 모듈로 접속된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그러한 기능 중 일부는단방향적(one-way)일 수 있고, 단일 점퍼 접속(34) 만을 요구할 수 있으나, 대부분은 감지 및 정정을 수행하도록 양방향(bi-directional) 점퍼(34, 36)를 요구할 것이다. 일부 모듈은 상이한 타입의 감지 소자 및 정정 신호를 위하여 두 개 이상의 세트를 요구할 수 있다.

보호 및/ 또는 동작 제어 모듈(10) 내에 포함된 제어 시스템은 전력 노드 제어 센터로의 입력 전력 및 전력 노드 제어 센터로부터의 각 출력 접속의 출력 전력을 모니터링하는 것을 지원한다. 또한 이들은 바람직하게 출력 회로에서 바람직하지 않은 상태가 탐지되는 경우 노드 출력 회로의 접속 해제 또는 접속된 출력 회로로의 전력 흐름을 중단하도록 적어도 하나의 기능 분배 장치에 지능적으로 명령한다. 일부 예에서, 출력이 모니터링되는 모듈은 출력 또는 기능적 소자의 다른 곳에서 감지된 정보에 응답하는 제어 모듈로부터의 명령에 따라서 출력을 정정할 수 있는 구성 요소를 가질 수 있다. 기능 모듈 내의 감지기로부터의 하나 이상의 출력은 전도성 또는 광섬유 접속 등에 의하여 다양한 모듈로부터 제공될 수 있으며, 동일한 기능 모듈에 접속된 다른 도전체를 갖는 하니스(harness) 내부에서 묶여질 수 있다. 그러한 다수의 도체 접속은 노드가 덜 복잡하게 유지되도록 하기 위하여 제어 및 기능 모듈에서 개별적 잭 또는 다수의 접속을 이용할 수 있다.

도 2, 3 및 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 바람직하게 본 발명의 많은 전력 분배 노드는 또한 제어 모듈(10)을 포함한다. 전체 시스템에서, 일부 노드는 제어 모듈을 필요로 하지 않을 수 있다.

전력 노드 제어 센터의 이용은 쉽(ship) 상에서의 다수 목적의 이용을 위한장비 및 구성 비용과 기타 환경에서 이용되는 장비 및 구성 비용을 낮춘다. 전력 노드 제어 센터는 전력 전달 시스템의 각 노드에서 요구되거나 또는 원하는 전체 기능을 수행하는 기능 모듈을 결합함으로써 전력 전달 시스템을 간소화한다.

모듈(6)은 모듈 패키지의 크기 및 형태 뿐만 아니라, 위치의 균일성 및 접속 점의 타입을 표준화할 수 있다. 그러한 표준화는 교체 또는 대체를 위한 즉각적인 이용을 위하여 비축되고, 테스트되고, 준비될 필요가 있게 될 기능 모듈(6)의 수를 줄인다. 모든 모듈(6)은 표준 노드 구성에서의 이용에 대비한 공장 제조형 및 공장 테스트형일 수 있다. 새로운 부하 수용에 적합하도록 요구되는 바에 따라서 새로운 노드가 용이하게 부가될 수 있다. 유사하게, 전력 소스 및 관련된 제어 센터가 부가될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 가능한 가장 효율적 방법으로 중단(disruption)을 최소화하면서 매우 짧은 시간에 가변적인 많은 수의 부하에 대하여 양질의 전력을 제공하는 수단의 이용가능성을 보증함으로써 전력 전달 시스템의 기능을 강화한다.

본 발명의 전력 노드 제어 센터는 노드 내부에 전력의 통합, 보호 및 기능적 제어 특성을 제공한다. 전력 변형 기능을 가지는 노드는 백플레인에서 변형된 전력을 버스 바로 피드백하도록, 전체 사전 패키지형 모듈 형태로, 용량에 포함된다. 유용하고(affordable), 표준화되고, 스케일가능하며, 용이하게 동작할 수 있고, 상호 접속 가능한 모듈식 업그레이드가능 구조로 패키징된 기능 모듈을 제공함으로써, 노드는 심지어 매우 많이 이용된 작업 영역에서 부하 근처에 배치되어 전력 전달 시스템의 중심부에서의 전력 서비스의 중단을 최소화하는 변화를 허용한다. 시스템 설계자에게 있어서 큰 이점은 제어 및 모니터링 기능을 수행하는데 마이크로 프로세서 및 소프트웨어 구동 주변 소자를 이용하는 표준화된 전력 모듈 및 프로그램가능 보호/제어 서브시스템을 가지는 전력 노드 제어 센터 전력 분배 백플레인(8)의 개방형 구조에 기인한다.

전력 노드 제어 센터는 다양한 전력 보호 및 제어 기능과 더불어 가변적 수의 입력 및 출력을 수용하도록 쉽게 재구성될 수 있는 표준화된 계열 라인을 형성한다. 임의의 기능 모듈을 위한, 구조 자체가 재구성 가능하게 만들어질 수 있는 전력 백플레인의 구조, 표준화된 기능 전력 모듈의 제공 및 지능적이고 프로그램가능한 보호 및 동작 제어 서브시스템은, 보호 및 동작 제어 모듈에서 구현되는 바와 같이, 모두 전력 노드 제어 센터를 고효율 저비용으로 이끈다. 도 2 내지 6에서 도시된 바와 같이, 결과적으로 다수 노드 전력 분배 시스템이 전력 케이블 및 표준화된 전력 노드 제어 센터만을 이용하여 제조될 수 있다.

기능 모듈(6)은 서로 크게 다를 수 있다. 도 5는 입력 모듈(이는 소스로부터의 전력이 백플레인(8)으로부터 모듈(6e)로 입력되는 보다 일반적 모듈 중 하나가 되어야 함)을 도시하고 있다. 모듈(6e)은 조정된 스위칭 회로일 수 있는데, 이는 시간상에서 순간적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 스위칭 속도는 제어 모듈(10)에 의하여 조정되는데, 제어 모듈(10)은 모듈(6e)에서 회로를 조절함으로써 지역 제어 패널 또는 중앙 제어 패널로부터의 파라미터를 조절하기 위한 사전설정 회로 제어에 따라서 감지된 펄스 주파수 신호를 이용하여 펄스 폭 및 간격을 조절한다. 회로는 개방 위치에서 모듈(6e)로의 전력 흐름을 방해하도록 동작하는 스위칭 회로일 수 있는 반면, 폐쇄형 스위치 위치에서는 전력이 모듈(6e)로 흐른다. 펄스 진폭은 감지되어 그것이 유지될 수 있는 고정 레벨로 조절될 수 있다. 제어 회로 보드 또는 진폭은 펄스 진폭을 조정하는데 이용된 모듈에서의 패널 보드 또는 회로에서의 제어에 의해 조절될 수 있다.

모듈(6f)은 핀(46a, 46b 및/또는 46c), 그리고 핀(48a, 48b)과 협력하는 측방향 패널 운송 접속기를 가진다. 완전한 세트의 접속기를 가지는 인접 모듈 측면 패널은 백플레인에 대한 접속과 동일한 기능을 한다. 표준화는 어떠한 것이든 필요로 되는 이용가능한 접속기에 의한 전기적 접속을 허용한다. 물론, 단지 전기적 접속을 위해 필요한 것만을 제공하도록 보다 적은 표준 접속기를 이용할 수 있다. 모듈(6f)은 단지 2 개의 버스 바가 필요하므로, 바로 접속에 대해서 대부분 버스 바 접속기(14a,14b)로 되돌아가게 허용하는 더미(dummy) 모듈일 수 있다.

AC가 이용된다면 모듈(6f)을 접속의 편의를 위한 더미로서 이용하는 대신에, 기능을 분할할 수 있다. 그러한 환경하에서, 모듈(6e)은 스위칭에 이용되고 모듈(6f)은 펄스 진폭을 제한하는데 이용되어 핀(14a, 14b)을 통하여 두 개의 바(22a, 22b)로 인가되는 구형파를 생성할 수 있다. 그러므로, 모듈(6e)은 전력 버스 백플레인(8')으로부터의 "출력" 모듈로서 동작할 수 있고, 모듈(6f)은 전력 버스 백플레인(8')에 대한 "입력" 모듈로서 동작할 수 있다.

전력 버스 백플레인(8')은 제어 모듈(10)이 다음의 방법 중 하나로 기능 모듈(6)을 제어하도록 모니터링될 수 있다.

a) 두 개의 입력 소스가 이용 가능하고 다른 소스로 전송할 능력이 있는 소스가 선택되는 것이 바람직한 경우, 예컨대, 기본 소스 전압 레벨이 사전규정된 레벨보다 더 낮게 떨어져야하는 경우, 스위칭을 전송,

b) 버스 구조 상에 제공된 출력 주파수가 입력 라인 주파수와 상이하도록 전압의 주파수를 변환하는 반전/스위칭,

c) 버스 구조 상의 전압 레벨이 입력 라인 상의 전압 레벨과 상이하도록 전압을 변환하는 전압 변환/스위칭, 또는

d) 이들 기능 또는 다른 기능의 임의 조합일 수 있다.

이러한 상황의 적어도 일부하에서 전력은 설명된 기능을 먼저 수행하기 위하여 도시된 바와 같이 직접 접속되기보다는 기능 모듈을 통하여 바에 대해 운반될 수 있다. 유사하게, 모듈(6a)과 같은 다른 출력 모듈은 출력 회로에 의하여 공급되는 부하의 필요에 따라서 부하 스위칭, 과부하 스위칭, 모터 시동을 위한 스위칭, 주파수 변환, 전압 전송, 또는 이들 기능의 조합과 같은 다양한 전력 기능을 수행한다. 도시된 바와 같이, 이들 모듈은 바람직하게 전력 버스 백플레인(8')으로 접속되고 전력 버스 백플레인(8')으로부터 전력 에너지를 수신한다.

중앙 전력 노드(2')는 모듈에서 프로그래밍이 수행될 수 있는 오퍼레이터 프로그램가능 보호 및 동작 제어 모듈(10)을 그 노드에 또는 원격으로 포함할 수 있다.

보호 기능에 있어서, 모듈(10')은 전력 시스템에 비정상 상태가 발생되는지를 모니터링할 수 있으며, 그런 다음 기능 모듈 즉 모듈(6)에 대하여 전력 시스템이 정상 상태를 복구하도록 적절한 행동을 지시한다. 바람직하게, 보호 기능은 그노드 내의 전력 시스템의 다양한 파라미터를 모니터링하는 감지기를 포함한다. 파라미터는 전류, 전압, 주파수, 온도 및/또는 진동일 수 있다. 감지기는 바람직하게 기능 모듈(6) 내에 통합되거나 전력 버스 백플레인(8) 내에 통합된다. 이용되는 보호 전략의 타입은 전력 시스템에 의존하지만, 전류 과부하, 전력 과부하, 전력 방향, 위상 전류 불균형(phase current imbalance), 차동 전류(differential current), 과도 전압(over-voltage), 과소 전압(under-voltage), 과잉 주파수(over-frequency)를 포함할 수 있다. 보호 전략에 따라서, 보호 제어 모듈(10)은 소정의 보호 특성이 임계값 레벨을 초과하는 경우 하나 이상의 기능 모듈(6) 및/또는 도 1에서의 전력 제어 노드 센터(2a, 2')와 같은 다른 전력 노드 제어 센터에 대하여 적절한 명령어를 발행하고, 또는 중앙 제어 스테이션에 대하여 적절한 명령을 발행한다.

제어 모듈(10, 10')에 의해서 또한 수행되는 동작 제어 기능에 있어서, 바람직하게 제어 모듈(10, 10')은 시스템을 모니터링하여 전력 시스템이 오퍼레이터에 의하여 선택된 부하에 대하여 올바른 타입의 전력을 공급함을 보장한다. 동작 제어 기능을 수행함에 있어서, 모듈(10, 10')은 또한 바람직하게 백플레인(8 또는 8')의 버스 바에서 전력 시스템 파라미터를 감지한다. 감지기는 기능 모듈의 상태, 예컨대 그 모듈이 개방되었는지(비전도) 또는 폐쇄되었는지(전도)를 감지하는 보호 제어 등에 이용되는 것과 동일한 것이다. 제어 모듈(10 또는 10')은 또한 노드의 물리적 상태, 즉 기능 모듈(6)이 전력 버스 백플레인(8 또는 8')에 접속되어 있는지 또는 유효하게 접속되어 있지 않은지를, 접속 해제된 위치에 남아있지 않고 부분적으로만 접속에 들어간 경우에 모니터링한다. 동작 제어 기능을 수행함에 있어서, 바람직하게 모듈(10 또는 10')은 필요로 되는 경우에 초기 설정 및 기능 모듈(6)중 하나의 행동 또는 상태에 관한 오퍼레이터 지시를 수신하는 인간 인터페이스가 제공된다. 오퍼레이터는, 그러한 동작 제어를 통하여, 기능 모듈(6)에서의 제어 회로 브레이커에 대하여 전도를 끝마치거나 시작하도록 지시할 수 있다.

각 제어 모듈에서의 동작 모듈(10)은 또한 그 노드에서의 전력 시스템 상태에 관한 데이터를 모니터링하고 이를 근거로 하여 동작하거나 그러한 데이터를 수집 및 저장할 수 있다.

바람직하게, 전력 버스 백플레이(8 또는 8')은 바람직하게 여러 가지 서로 다른 구성, 예컨대 직사각형 바, 라운드 튜브(round tube), 라운드 로드(round rod), 채널, 또는 삼각형 버스 구성을 가질 수 있는 구리 또는 알루미늄 버스 바로 구성된 버스 구조일 수 있다. 전력 버스 백플레인(8, 8')은 바람직하게 기능 모듈이 전력 버스 백플레인에 직접 접속되도록 배열된다. 이 버스 구조는 도시된 바와 같은 접속기(이에 의해서 "자동으로" 모듈이 자체 부속 접속됨)를 포함하고, 심지어 신속한 접속/접속 해제 방식으로 전력 버스 백플레인에 대하여 스냅 온(snap on)을 할 수 있다.

백플레인(8')은 또한 서브모듈(40a)에 대하여 접속되어 모듈(40a)에서 저전력 버스 백플레인을 생성함으로써 서브모듈(40b)에 대하여 저전력을 공급하도록 할 수 있다. 저전력 모듈(40b)은 다양한 기능을 갖지만, 낮은 전력에서 동작할 수 있다. 도 6에 도시된 바에 따라서, 이 예에서는 기능 모듈(40a, 40b)이 각각 통상적모듈의 두께의 절반이다.

백플레인(8)에 접속되거나 서로 접속된 기능 모듈(6)은 보통 일부 통상적으로 의도된 기능을 수행하도록 구성된 일반적으로 통상적인 전자 기계 장치이다. 일부 기능 모듈(6)은 스위칭 모듈일 수 있고, 기계적 메카니즘에 의하여, 또는 전도성 중합체와 같은 전자 스위칭 장치나 다른 수단 또는 그 조합에 의하여 수동으로 개방 또는 폐쇄되는 전기적 접촉을 가지는 통상적 전자 기계 스위칭 장치를 이용한다. 새로운 유용한 기술이 스위칭에 이용가능해짐에 따라서, 이것들은 또한 수용될 수 있다. 스위칭 장치는 전력 수용력, 전압 및 주파수 뿐만 아니라 기능에 따라 정격된다. 스위칭 장치는, 예컨대, 비부하 브레이커 접속 해제, 부하 브레이커 접속 해제, 오류 전류 브레이커 접속 해제 및 전송 스위치 기능을 커버한다.

전력 변환 모듈은 바람직하게, 보통 정류기 또는 인버터라고 언급되는 주파수 변환을 위한 전력 전자 장치이며, 보통 변압기라고 언급되는 전압 변환을 위한 자기 장치이다. 전력 변환 모듈은 바람직하게 전력 스위칭 모듈과 동일한 동봉부 개구에 맞도록 구성되고, 그러므로 전력 노드 제어 센터에 대하여 기능의 유연성을 허용한다. 전력 변환 모듈은 바람직하게 전압 입력/출력 및 주파수 입력/출력에 따라서 다양한 전력 정격으로 이루어진다.

제어 모듈(10)은 다양한 회로 보드 또는 카드가 삽입되는, 그 자신의 내부 백플레인을 포함할 수 있다. 각 회로 카드는 바람직하게 제어 기능, 즉 보호 또는 동작 제어를 수행할 수 있다. 바람직하게, 보호 제어를 위한 많은 회로 카드가 있는데, 각각은 전기 시스템의 적절한 보호를 위하여 필요한 전류 과부하, 차동 전류, 위상 전류의 출력, 접지 전류, 과도/과소 전압, 과도/과소 주파수, 온도 또는 임의의 다른 파라미터와 같은 제어를 달성하는 특성을 가지는 기능 모듈을 조정한다. 이들은 분리 회로 카드일 수 있고, 또는 하나의 회로 카드가 다수의 기능을 처리할 수 있다.

유사하게, 동작 제어 기능이 또한 바람직하게 제어 모듈(10 또는 10')의 내부 제어 백플레인으로 삽입되는 다양한 회로 카드 상에 있을 수 있다. 이들 동작 제어 회로 카드는 바람직하게 전기 시스템 제어에 관련되고 장비 진단 제어에 관련되는 다양한 제어 기능을 수행한다. 또한, 바람직하게 다른 전력 제어 노드 센터(2)와의 통신과 중앙 전력 시스템 제어와의 통신을 제어하는 회로 카드가 있다. 그러므로, 제어 기능은 데이터 처리 및 데이터 저장 능력을 통합한다. 이는 또한 디스플레이에 대비한 것이거나 또는 분리 디스플레이에 접속된다. 이들 회로 카드는 아날로그 및 디지털 처리 제어를 위하여 동작한다.

데이터 감지는 바람직하게 전력 모듈 내부에 배치되었거나 전력 노드 제어 센터(2)로부터 공급되는 부하 장비 내부에 배치된 감지기를 통하여 수행된다. 상이한 환경으로부터의 데이터가 또한 획득될 수 있다. 모든 감지기는 바람직하게 제어 백플레인에 접속되고, 각각은 오퍼레이터 또는 시스템 설계자의 요구에 따라서 지시되므로 그 데이터는 처리를 위한 회로 카드에 대하여 이용가능하다. 감지기는 자기 감지 장치, 분로(shunt) 장치, 캐패시터 장치, 광섬유 장치 또는 응용에 적합한 임의 타입의 감지기일 수 있다.

전력 노드 제어 센터(2)는 금속 또는 플라스틱 동봉부에 포함될 수 있다. 상이한 프레임, 즉 수직 섹션은, 각각 특정 전력 레벨을 위한 전력 레벨을 지지하는 적절한 수직 백플레인을 수용 및 하우징할 수 있는 표준 수직 섹션을 가진다. 수직 프레임은 주파수 및 전압과 시스템의 타입, 즉 단일 위상 또는 3 위상에 따라서 다양한 전력 레벨에 대하여 정격된다. 일군의 프레임은 전력 정격에 따라서 구성된다. 그런 다음, 프레임은 전기 시스템 응용을 위하여 바람직한 전력 노드 제어 센터를 형성하도록 결합될 수 있다.

프레임, 전력 모듈 및 제어 모듈은 바람직하게 표준화되어 각각은 한 세트의 카탈로그 넘버를 할당받는다. 이것은 카탈로그 넘버를 통하여 전력 노드 제어 센터를 정렬하는 것이 가능하게 한다.

기능 모듈(6a, 6b, 6c, 6d) 및 제어 모듈(10)은 발명적 아이템이다. 모듈(6) 및/또는 모듈(10) 사이의 신속한 접속/접속 해제 특성과 전력 버스 백플레인(8)은 모듈(6) 및/또는 모듈(10) 중 어느 것이라도 그 결함시에 신속하게 대체될 수 있다. 단일 확장 접속이 도 7a 및 도 7b에 도시되고 바람직한 접속을 나타내고자 의도된다. 모듈이 관련된 튤립 접속기(52)와 적절히 정렬된 모듈 핀(54)을 가지는 백플레인(8)으로 푸싱됨에 따라서 모듈상에서 핀(54)을 자동으로 인게이징 및 유지하는 튤립 접속기(일반적으로 52로 표시됨)가 백플레인 버스 바에 제공된다. 핀(54)상에 기계적으로 푸싱된 경우 튤립 접속기(52)는 기계적으로 인게이징되고 핀(54)과 양호한 전기적 접촉을 형성하며, 그에 의해 튤립 접속기(52)가 전기 및 기계적으로 일부분을 이루는 지지 바와의 양호한 전기적 접속을 형성한다.

전력 버스 백플레인이 쉽 상의 받침벽(bulkhead)과 같은 자체 지지 구조에부착된다면, 전력 버스 백플레인은 그러한 셀프 인게이징 접촉을 갖는 각 제어 및/또는 기능 모듈을 번갈아 기계적으로 지지할 뿐만 아니라 전기적으로 접속한다.

각 모듈은 번갈아 튤립 접속기(52)에 대한 확고한 기계적 지지를 제공하고 그에 따라 백플레인(8)에 의하여 기계적으로 지지된다.

모듈은 백플레인을 인게이징하고 그에 의하여 지지된다. 인접 모듈과 그들의 부합 측벽 인게이징 및 중첩(nesting)함으로써, 또한 경도 및 지지가 전체 전력 노드 제어 센터 구조에 부가된다. 인접 모듈의 면과 일치하는 모듈의 경도 및 중첩은 전체 전력 노드 제어 센터에 대한 지지를 제공하고, 일부 모듈이 백플레인에 접속되지 않는 경우에도, 제공된 그들 모듈이, 아마도 접속되어 있는, 인접 모듈에 의한 지지를 위해 위치된다.

도 7a는 인게이징된 튤립 접속기-핀 조합의 확대도이다. 도 7b는 개방 단부로부터 튤립 접속기(54)를 본 도면이다. 셀프 인게이징, 셀프 릴리싱(self-releasing) 접속기 구조는 바람직하게 버스 바(16) 내의 홀로 프레스 부합된 일반적으로 원통형의 핀(54)이다. 일반적으로 링 형상의 구조를 갖는 중간 마운트(mount)(56)는 전형적으로 용접에 의해 원통형 핀(54)에 대해 고정되어 보호된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 중간 마운트(56)는 핀(54)이 보호되는 원통형 이음고리형 부분과, 원통형 부분의 바깥 둘레를 넘어 바깥쪽으로 방사형으로 연장하는 확대된 고리 모양의 립 부분(56a)을 포함한다.

튤립 접속기는 고리 모양으로 형성된 코일 스프링(64)에 의해 위치에 유지되는 개별적인 페틀(petal)(58)을 더 포함한다. 코일 스프링(64)에 의해 제공된 힘은일반적으로 도 7b에 도시된 바와 같이 측방향 에지 상에서 페틀이 서로 접촉할 때까지 페틀(58)을 방사형으로 내부로 밀며, 그러한 접촉은 페틀이 내부쪽으로 붕괴되는 것을 방지하고, 페틀이 핀(60)이 삽입될 수 있는 개구 중심이 제공되도록 하는 구성으로 유지되도록 한다.

접속기 수용부의 원통형 베이스(56b)는 나머지 슬리브보다 직경이 더 큰 슬리브(58)의 부분을 받아들이며, 직경이 더 큰 부분은 용접, 납땜 또는 고정될 필요는 없으나, 그렇지 않은 경우 베이스에 적절히 고정된다. 튤립의 개방 단부는 바깥쪽으로 벌어지고 립 쪽으로 직경이 증가된다.

결과적으로 큰 직경의 개구는 핀(60)이 튤립(58) 안으로 쉽게 들어갈 수 있도록 한다. 튤립은 바람직하게 튤립 잎을 방사형으로 축을 향해 내부로, 원통형 핀(60)보다 작은 직경이 되도록 하는 고리 모양으로 구성된 코일 스프링(64)에 의해 두 축 위치에서 제한된다. 원통형 핀(60)이 튤립 페틀(58)을 인게이징할 때, 페틀은 스프링(64)의 힘에 대하여 확장하며, 스프링(64)은 페틀(58)을 핀(60)과 양호한 전도성 접촉으로 유지한다.

스프링(64)에 의해 발생된 힘은 튤립(52)을 핀(60)과 단단히 인게이징시켜, 양호한 전기적 접촉 이외에도, 양호한 기계적 지지가 제공되도록 한다.

모듈 베이스는 회로, 구성 요소 및 모듈 하우징을 궁극적으로 지지한다. 하우징은 구성 요소 구조 또는 지지 프레임 워크 상에 지지되어야 하며, 바깥쪽으로 벌어지는 개구를 제공하여 각각의 전도성 튤립(52)이 그 결합 핀(60)을 통해 슬라이드(slide)에 자유롭게 접근할 수 있도록 한다. 다수의 접촉이 요구되므로, 모듈하우징은 관심 대상이 되는 모듈 상의 핀(60) 위치에 대응하도록 튤립 접속기(52)의 위치를 또한 패턴화해야 한다. 따라서, 모듈이 준비된 때, 버스 바(16) 상의 관련된 튤립(52)에 대해 핀(60)을 위치 지정함으로써 인게이징된다. 모듈을 핀(60)에 대해 푸싱하면 튤립(52)은 핀(60)과 자동으로 인게이징된다. 인게이징될 때, 전력 버스 백플레인(8)이 받침벽 또는 다른 단단하게 고착된 자체 지지 구조 상에 지지되면, 핀(60)은 튤립 접속기(52)를 통해 모듈을 지지할 것이다. 전력 버스 백플레인(8)에 접속되지 않은 임의의 모듈을 포함하여 모듈들을 서로 포개는 것은 전체 전력 노드 제어 센터에 지지를 부가하게 된다. 프로세스를 역으로 하는 것에 의해 모듈을 제거하는 것은 또한 상당히 용이하며, 모듈의 대체 또는 교체는 용이하게 수행될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같은 예시적인 저전력 모듈(40b)의 경우에서 처럼, 필요한 경우 전력 버스 백플레인(8)에 대한 것이 아닌 모듈들(40a, 40b) 사이의, 전력 노드 제어 센터의 내부적 접속이 이용될 수 있다. 또한, 모듈은 모듈러 유닛으로서 전력 버스 백플레인(8)에 접속되기 전에, 전술한 바와 같은 자체 접속 방법으로 인접한 측벽을 통해 서로에 대해 측방향으로 전기 및 기계적으로 접속될 수 있다. 이와 달리, 모듈은 전력 노드 제어 센터의 내부로 또는 외부 표면 접속기를 통해 접속될 수 있다.

도 9 내지 13을 참조하면, 일반적으로 200으로 표시된 전력 버스 백플레인의 다른 실시예가 제공된다. 백플레인은 전체 패널의 크기가 넓은 평행한 시트(sheet) 도체로 형성될 수 있다. 모든 도면은 개략적인 것이며, 도 12 및 13은 네가티브 버스 시트(202) 및 포지티브 버스 시트(204)만을 도시한다. 도 9, 10 및 11은 컴퓨터 버스와 같이 제어 신호를 전달하는 버스 시트 및 제어 버스 시트(206)를 도시한다. 제어 버스는 각 경우에 제공되지 않을 수 있으나, 대안을 점퍼에 제공한다. 버스 시트는 상호 접속되거나 또는 상호 접속되지 않을 수도 있는 평행한 바로 분할된다. 버스 시트들 사이 뿐만 아니라, 전면, 후면 및 에지를 커버하는 절연을 제공하는 것이 바람직하다. 백플레인은 모듈 전체가 절연물 내에 넣어진 단일의 구조가 되도록, 액체 형태로 부어져서 고체화될 수 있는 적절한 수지 재료에 버스 시트 또는 바 및 그들의 다양한 접속을 포팅(potting)함으로써 제조될 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 접속기는 다시 바람직하게 튤립 접속기이지만, 모듈 상에 위치되어 백플레인 상의 핀에 접속한다.

도 11은 버스 백플레인에 대한 그리고 백플레인을 통한 접속기를 도시한다. 도면은 특정 버스에 접속되지 않은 도체들이 시트 버스 도체 내의 홀을 통과할 수 있다는 사실을 강조하기 위해, 도체를 기본적으로 절연되지 않은 것으로서 도시한다. 물론, 이것은 그 주변에 절연을 갖는 도체를 통과할 수 있도록, 다른 버스에 충분히 큰 개구를 형성함으로써 가능하다. 도 11에 도시된 바와 같이, 도체(214)는 네가티브 버스(202)에 도달 및 부착되기 전에 제어 버스 시트(206) 내의 확대된 개구 및 포지티브 버스 시트(204) 내의 유사한 개구를 통과한다. 도체(212)는 확대된 개구를 통해 제어 버스 시트(206)를 통과하며, 포지티브 버스(204)에 접속되지만, 더 이상 연장되지는 않는다.

포지티브 케이블(216) 및 네가티브 케이블(218) 모두는 모든 3 개의 버스 시트 내의 확대된 개구를 통과함으로써, 케이블이 케이블 단자(220 또는 222)에 부착되도록 하기 위해 그들이 버스 모듈을 지나 연장하는 단자를 제공하도록 한다. 본 실시예에서는, 전력 버스 백플레인의 반대 측면은 모듈에 대한 접속을 위한 단자를 가짐으로써, 케이블이 기술된 도체에 대응하는 핀(212a, 214a, 216a, 218a)에서 종료되도록 한다. 또한, 도체 단자(224)에 제어 버스(206)에 대한 접속이 제공된다.

도 9 및 10에서, 버스 패널 모듈(200)이 상부 모듈(200a) 및 하부 모듈(200b)로 분할된다. 상부 패널은 동일한 단자의 5 열 및 3 행을 가지며, 하부 패널은 동일한 단자의 2 행의 5 열을 갖는다. 단자들은 동일한 구성을 가지므로, 부합 모듈은 소정의 대표적인 그룹 열에 편리하게 접속될 수 있다.

단일의 협동 모듈(226)이 도 10에 도시되어 있다. 이 경우, 튤립 접속기가 모듈 상에 지지되는 것으로서 도시된다. 이들에게는, 그들이 접속하며 "b" 접미사를 갖는 단자와 유사한 번호의 지시자가 주어진다. 모듈은 튤립 접속기를 가지므로, 전력 버스 백플레인(200)은 핀 접속기를 제공한다. 물론, 반대의 구성도 가능할 것이다.

도 10 및 도 13은 구조에 있어서 일부 세부 사항이 상이하며, 또한 도 13에는 제어 버스가 없고 따라서 단자 및 접속기가 없다는 점에서 상이하다. 그러한 상이점에도 불구하고, 유사한 부품에는 유사한 번호 지정자가 제공된다는 유사점이 있다.

본 실시예에서의 모듈은, 모듈이 길고 좁은 에지를 따라 접속되고 모든 접속기는 단일의 행에 있다는 점에서 전술한 실시예와 상이하다. 특히, 버스 바가 구리또는 다른 전도성 재료의 시트인 실시예에서, 접속기는 단일 행과는 다른 패턴으로 배치될 수 있다. 그러나, 이러한 구성은 균일성을 제공하며, 모듈은 여전히 그 내용이 기능 모듈의 설계에 따라 원하는 기능을 생성하기 전에 준비되는 직사각형의 고체 박스일 수 있다. 서로에 대해 모듈의 넓은 면, 상부 및 하부 에지를 위치시킴으로써, 이전에 기술된 구성에서 제공된 것과 동일한 방법으로 추가적인 지지가 제공된다.

이러한 구성은 2 개의 전력 버스 시트 또는 바를 효율적으로 제공함으로써, 버스 백플레인이 AC의 1 위상을 처리할 수 있도록 함을 알 것이다. 시트 대신에, 접속기의 열을 지나 평행한 행에 상이한 버스 바가 제공된다면, 인접한 열을 3 위상 중 상이한 하나를 공급하는데 이용할 수 있다. 또한, 도 9의 구성을 이용하면, 버스 바의 5 열은 3 위상 AC 및 DC를 제공할 수 있다. 동일한 부하 단자를 입력 단자로서 사용함으로써, 하나의 모듈을 이용하여 버스 바 또는 시트 상에 전력을 위치시킬 수 있다. 전력은 다른 모듈 또는 전력 버스 백플레인이 허용하는 많은 다른 모듈 내의 버스 바로부터 취할 수 있다.

가장 단순한 타입의 회로의 예는 모듈 기능이 도 9-16의 전력 버스 백플레인과 기능하는 방법을 나타낸다.

도 14는 도체와, 예컨대 도 13에서 도시된 도체를 나타낸다. 이 경우, 전력 라인 입력이 단자(220)에 인가되고, 그에 따라 인가된 전력이 모듈(230)로 공급된다. 모듈(230)은 그 내부에 한 쌍의 다이오드(232, 234)를 갖는다. 화살표의 방향으로 흐르도록 도시된 전력 라인은 단자에서의 각각의 라인(212, 214)을 통해, 버스 바(204, 202)로 각각 진행될 수 있다. 따라서, 모듈은 각각의 버스 시트(202, 204) 상에 전력을 포팅할 책임이 있고, 다이오드는 백플레인으로부터 전력 소스로의 역 흐름을 차단하는 기능을 한다.

도 15는 전류의 소스로서의 백플레인을 도시한다. 도체(212)를 따라 화살표(236)의 방향을 따라 흐름이 진행되며, 스위치가 폐쇄될 때 스위치를 통과한다. 전력은 스위치(238)가 폐쇄되지 않을 경우 한 방향으로 흐를 것이다. 스위치(238)가 폐쇄되고 스위치(236)가 개방될 때, 전력은 모듈 내의 교차 접속(240)을 통해 도체(216)로 흘러 부하의 위상 A를 공급하는 출력 단자(220)에 도달한다. 단일의 위상이 이용된다면, 부하의 다른 단자는 3 위상 전력의 위상 A를 얻도록 접지될 수 있다. 3 개의 위상이 모두 이용된다면, 각 모듈은 위상 B 및 C의 대응하는 단자에서 출력을 생성할 것이며, 그들의 출력은 적절한 3 위상 접속에 접속될 수 있다.

도 16은 2 개의 스위치(242, 244)를 다시 사용하는 모듈을 이용한다. 각각의 스위치는 전력이 포지티브 백플레인 시트 버스(204)로부터 라인(212)을 통과한 후, 스위치(242), 라인(216), 그리고 포지티브 부하 단자에 접속된 단자(220)로 흐르도록 한다. 네가티브 백플레인 시트 버스(202)는 라인(214), 스위치(244) 및 출력 라인(218)을 통해, 부하의 네가티브 단자에 접속된 단자(222)로의 반대 흐름을 제공한다.

Claims (34)

1. 전기 모듈 전력 노드(electrical modular power node)에 있어서,

   a. 다수의 버스 바(bus bar)를 포함하는 전력 버스 백플레인(power bus backplane)-상기 버스 바의 적어도 일부는 적어도 하나의 전력 소스에 접속가능하고, 각 버스 바는 상기 버스 바를 따라 정규적 간격으로 다수의 단자를 갖되, 각 단자는 다른 버스 바로부터 단자를 갖는 패턴에서 표준 위치에 있으며 모든 단자 패턴은 상기 버스 백플레인 상의 표준 방향에 있음-과,

   b. 다수의 기능 모듈-각각 상기 전력 버스 백플레인에 접속가능한 각 부하에 의하여 요구되는 출력을 제공하도록 적어도 하나의 부하에 대한 접속을 위한 버스 바 상에 있는 적어도 하나의 단자와의 접속을 위한 적어도 하나의 접속기를 갖는 적어도 하나의 기능적 구성 요소 및 회로를 하우징하고, 상기 백플레인에 접속되는 경우 인접한 모듈의 경계면(bounding face)에 부합하는 경계면을 포함하되, 각 모듈은 기능 구성 요소, 회로 및 상기 기능 구성 요소 및 회로를 상기 단자에 대해 접속하기 위한 접속기를 포함하고 지지하기 위한 기하학적 패키지를 제공하고, 상기 접속기는 상기 버스 바 상의 각 패턴 내의 특정 단자와 접속하도록 위치되는 상기 전력 버스 백플레인과 면하여 있음-을 포함하는

   전기 모듈 전력 노드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 백플레인 상의 상기 버스 바의 각 기능 모듈 및 선택된 단자 간의 접속이 상기 전력 백플레인 및 다른 모듈에 대한 위치에서 상기 모듈의 지지에 기여하는 전기 모듈 전력 노드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 기능 모듈은 상기 백플레인에 자체 접속되어, 기능 모듈이 상기 백플레인에 대하여 적절히 위치 및 방향 지정되고 상기 백플레인으로 프레싱되는 경우 상기 단자 및 접속기가 셀프 인게이징(self-engaging)되어 전기적 접촉을 형성하도록 하는 전기 모듈 전력 노드.
4. 제 1 항에 있어서,

   버스 바의 평행한 세트가 상기 백플레인에 제공되고 상기 기능 모듈은 상기 기능 모듈의 면이 인접 기능 모듈의 경계면에 부합하도록 형태 및 크기가 정해지는 전기 모듈 전력 노드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 버스 바 상의 일부 단자가 소정의 기능 모듈에 전기적으로 접속되지 않고 전기적 접속을 제공하는 것들과 유사하되 그 위치에서 부가적인 기계적 지지를 제공하는 모듈 위치를 갖는 전기 모듈 전력 노드.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 백플레인의 상기 버스 바의 각 기능 모듈 및 선택된 단자 상에 지지되는 접속기 간의 접속이 상기 전력 백플레인에 대한, 그리고 다른 기능 모듈에 대한 위치에서 상기 기능 모듈을 지지하는 전기 모듈 전력 노드.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 기능적 모듈 상의 상기 접속기가 상기 백플레인 상의 단자에 자체 접속되어, 기능 모듈이 상기 백플레인에 대하여 적절히 위치 및 위치 지정되고 상기 백플레인으로 프레싱되는 경우 상기 단자 및 접속기가 셀프 인게이징되어 전기적 접촉을 형성하도록 하는 전기 모듈 전력 노드.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 버스 바의 평행한 세트의 상기 동일한 상대적 위치에서의 적어도 일부의 바가 서로 전기적으로 접속되는 전기 모듈 전력 노드.
9. 제 8 항에 있어서,

   적어도 한 세트의 상호 접속된 바가 전력 소스에 접속되는 전기 모듈 전력 노드.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 버스 바의 평행한 세트의 상기 동일한 상대적 위치에서의 적어도 일부의 버스 바가 서로 전기적으로 접속되지 않고, 외부 전력 소스로 접속되지 않으나 적어도 하나의 버스 바 세트가 외부 전력 소스에 접속가능한 전기 모듈 전력 노드.
11. 제 3 항에 있어서,

    상기 백플레인 상의 각 최소 크기의 기능 모듈 위치에서 구성 및 방향의 표준 패턴에 있어서 각 버스 바에 대한 단자가 있어, 이에 의하여 선택된 단자 반대쪽 위치에서의 접속기가 셀프 인게이징하고 상기 기능 모듈의 지지에 기여하도록 상기 전력 모듈에서 그 단자를 인게이징하고 접속기 반대쪽에 있지 않은 단자가 서로 반대쪽에 있는 단자 및 접속기의 상호 접속을 허용하도록 모듈 구성에 의하여 수용되는 전기 모듈 전력 노드.
12. 제 3 항에 있어서,

    상기 백플레인 상의 각 최소 크기의 기능 모듈 위치에서 구성 및 방향의 표준 패턴에 있어서 각 버스 바에 대한 단자가 있어, 이에 의하여 선택된 접속기 반대쪽 위치에서의 단자가 셀프 인게이징하고 상기 기능 모듈의 지지에 기여하도록 상기 전력 모듈에서 그 접속기를 인게이징하고 접속기 반대쪽에 있지 않은 접속기는 서로 반대쪽에 있는 단자 및 접속기의 상호 접속을 허용하도록 모듈 구성에 의하여 수용되는 전기 모듈 전력 노드.
13. 제 3 항에 있어서,

    상기 기능 모듈에 전기적으로 접속되지 않은 단자 반대쪽 위치가 기계적 지지를 제공하는 상기 모듈에서 전기적으로 접속되지 않은 접속기와 반대쪽에 있는 전기 모듈 전력 노드.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 백플레인 상의 상기 버스 바 위에 있는 상기 단자는 포스트(post)이고 상기 기능 모듈 상의 상기 접속기는 모듈이 상기 백플레인으로 이동됨에 따라 포스트를 제공하지만 그 포스트를 계속 인게이징하지는 않는 스프링 부하형 그리핑 소자(spring-loaded gripping element)인 전기 모듈 전력 노드.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 백플레인 상의 상기 버스 바 위의 상기 단자는 스프링 부하형 그리핑 소자이고 상기 기능 모듈 상의 상기 접속기가 단순한 포스트이며, 이에 의하여 상기 그리핑 소자는 상기 백플레인에 상기 기능 모듈이 상기 백플레인으로 이동됨에 따라 포스트를 제공하지만 그 포스트를 계속 인게이징하지는 않는 전기 모듈 전력 노드.
16. 제 3 항에 있어서,

    상기 전력 모듈의 상기 백플레인은 최소 크기의 기능 모듈의 적절한 위치 지정을 지시하도록 마크되어, 상기 지시된 위치에 위치하며 상기 백플레인으로부터 이격된 기능 모듈이 상기 단자의 상기 접속기의 셀프 인게이징 접속을 위하여 상기백플레인으로 이동될 수 있는 전기 모듈 전력 노드.
17. 제 4 항에 있어서,

    상기 백플레인은 최소 크기의 기능 모듈의 적절한 위치 지정을 지시하도록 마크되어, 상기 지시된 위치에 위치되며 상기 백플레인으로부터 이격된 기능 모듈이 상기 단자의 상기 접속기의 셀프 인게이징 접속을 위하여 상기 백플레인으로 이동될 수 있는 전기 모듈 전력 노드.
18. 제 4 항에 있어서,

    상기 백플레인이 최소 크기의 기능 모듈의 적절한 위치를 지시하도록 마크되어, 상기 지시된 위치에 위치되며 상기 백프레인으로부터 이격된 기능 모듈이 상기 단자에 대한 상기 접속기의 셀프 인게이징 접속을 위하여 상기 백플레인으로 이동될 수 있으되, 상기 최소 크기의 정수배 치수의 치수를 갖는 기능 모듈이 또한 상기 백플레인 상의 단자의 하나의 패턴 및 방향의 적어도 일부분에 대응하는 상기 패턴 방향으로 상기 기능 모듈 상의 적어도 한 세트의 접속기를 제공함으로써 수용될 수 있고 상기 백플레인 상의 다른 위치에서의 다른 단자는 상기 모듈의 설계에 의하여 수용되는 전기 모듈 전력 노드.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 백플레인 상의 상기 단자 위치에 대응하는 최소 크기의 기능 모듈보다 더 큰 모든 위치에 상기 더 큰 모듈 반대쪽 상기 백플레인 상의 상기 단자 전체를 인게이징하고 따라서 그 지지에 더 기여하는 전기적 접속기 또는 비전기적 접속기가 제공되는 전기 모듈 전력 노드.
20. 제 4 항에 있어서,

    적어도 일부의 기능 모듈이 상기 백플레인에 접하는 것이 아닌 반대쪽 기능 모듈 면 상에서의 접속을 통하여 전기적으로 직접 상호 접속되는 전기 모듈 전력 노드.
21. 제 9 항에 있어서,

    적어도 일부의 기능 모듈이 상기 백플레인에 접하는 것이 아닌 반대쪽 모듈 면 상에서의 접속을 통하여 전기적으로 직접 상호 접속되는 전기 모듈 전력 노드.
22. 제 21 항에 있어서,

    접속기는 기능 모듈의 측벽 면 상에서 지지되고 상기 접속기와 결합되도록 위치된 단자는 다른 기능 모듈의 반대쪽 측벽 면 상에 위치되는 전기 모듈 전력 노드.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 각각의 접속기는 자체 접속하고 상기 측벽 상에 사전결정된 패턴, 방향 및 위치를 가져, 상기 측벽이 사전결정된 위치에서의 상기 모듈과 함께 이동하는 경우 상기 접속이 활성 전기적 접속을 그 각각의 회로와 함께 전기적으로 접속시키는 자체 접속을 하는 전기 모듈 전력 노드.
24. 제 21 항에 있어서,

    상기 각각의 접속기는 기능 모듈의 상기 백플레인에 평행한 반대쪽 면 상에 지지되고 상기 기능 모듈이 상기 백플레인으로부터 스택 어웨이(stacked away)되도록 함으로써, 상기 외부의 모듈이 상기 내부 모듈 상에 적어도 부분적으로 그들 각각의 전기적 단자 및 접속기의 인게이징에 의해 지지되도록 하는 전기 모듈 전력 노드.
25. 전기 전력 분배 시스템에서 이용하기 위한 모듈러 구성의 전력 노드 제어 센터에 있어서,

    a. 전력을 수송하는 실제적으로 상호평탄한 다수의 버스 바를 갖는 전력 버스 백플레인과,

    b. 상기 기능 모듈 중 다른 일부 및 상기 백플레인과 상보적으로 접촉하면서 조립되는 평행 육면체 형상(parallelelepiped-shaped) 하우징에 각각 포함된 다수의 기능 모듈-상기 기능 모듈 중 적어도 일부는 정류 수단, 스위칭 수단, 전압 변환 수단, 전압 조정 수단, 펄스 및 다른 파형 생성 수단, 전압 변환 수단 및/또는 전력 감지 및 제한 수단 중 적어도 하나를 포함함-과,

    c. 상기 기능 모듈 중 적어도 하나 및 상기 백플레인과 상보적으로 접촉하면서 조립되는 평행 육면체 형상 하우징에 포함된 제어 모듈로서,

    ⅰ. 전압 및 전류 한계, 전압 극성, 서지 기준, 온도 한계, 습도 한계, 쇼크 한계 및 교류 위상 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 사전 선택된 명령, 동작 및 성능 기준에 따라 상기 기능 모듈들 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 프로그램가능 마이크로프로세서 수단을 포함하는 제어 모듈과,

    d. 상기 백프레인 및 상기 기능 모듈들 중 적어도 하나 위에 있으며 선택된 기능 모듈을 상기 백플레인의 상기 버스 바에 전기적으로 접속하는 플러그 호환가능(plug-compatible) 수단을 포함하는

    전력 노드 제어 센터.
26. 전력 버스 백플레인에 있어서,

    a. 일반적으로 서로에 대해 평행하도록 배열된 적어도 2 개의 버스 도체와,

    b. 표준 모듈의 치수를 나타내는 정규적 간격에서 상기 버스 도체 각각에 접속되며 상기 동일한 반복적 패턴에서 위치되는 단단한 단자 수단과,

    c. 상기 도체에 대해 캐스트(cast)하고, 그로 인해 상기 접속 및 단단한 단자를 지지하는 수지 재료와,

    d. 상기 버스 바의 상기 단자에 접속가능한 상기 모듈의 표준 표면 상에 정확하게 대응하는 위치에 위치된 접속기를 포함하는

    전력 버스 백플레인.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 모듈 및 상기 버스 플레인 상의 협동하는 단자는 각 쌍에서 셀프 인게이징 접속기로서 하나의 단자를 포함하여, 상기 모듈 및 백플레인이 위치되어 함께 프레싱될 때 함께 조립되도록 하는 전력 버스 백플레인.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 버스 도체는 나란히 위치된 스트립(strip)인 전력 버스 백플레인.
29. 제 28 항에 있어서,

    전력을 상기 버스 접속기에 접속하는 수단이 제공되는 전력 버스 백플레인.
30. 제 27 항에 있어서,

    상기 버스 바 도체는 그 사이에 절연물을 갖는 상부 위의 상기 버스 도체 내의 홀을 통과하는 하부 상의 상기 버스 도체에 대한 스택 어레이 및 단자에 위치되는 전력 버스 백플레인.
31. 제 27 항에 있어서,

    적어도 하나의 버스 도체 내의 홀을 통과하는 단자에 대한 도체 외에도, 적어도 2 개의 다른 도체가 적어도 2 개의 평행한 스택형 버스 도체 내의 홀을 통과하며 상기 버스 플레인 두 측면 상에 단자를 제공하도록 절연되는 전력 버스 백플레인.
32. 제 31 항에 있어서,

    스택된 상기 버스 도체가 나란히 반복되어, 열(column)을 따라 정규적 간격에서 모듈을 수신하는 단자의 정규적 열을 갖는 스택된 버스 도체의 열이 있게 되는 전력 버스 백플레인.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 도체는 백플레인의 대부분의 치수가 열 및 행 모두에서 정규적 간격으로 다른 도체를 관통하는 적어도 하나의 단자를 갖는 다른 것의 상부 위에 스택되는 시트(sheet)인 전력 버스 백플레인.
34. 제 33 항에 있어서,

    각 단자 패턴에서 통과하는 도체보다 큰 홀에서 두 버스 도체를 통해 연장되고 절연되며 상기 버스 플레인의 두 측면 상의 단자가 제공되는 적어도 하나의 도체가 있는 전력 버스 백플레인.