KR200479144Y1

KR200479144Y1 - 철도차량 계전기용 아크저감 회로

Info

Publication number: KR200479144Y1
Application number: KR2020130010627U
Authority: KR
Inventors: 안청모; 송정훈; 조규호; 심민규
Original assignee: 서울메트로
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-12-23
Also published as: KR20150002538U

Abstract

본 고안은 철도차량 계전기의 동작시 계전기 동작접점에서 발생되는 아크를 저감시키기 위하여 동작코일단의 일측에 바리스터를 병렬연결하면서 아크저감회로도 병렬 연결시켜 과도한 서지전압의 발생을 억제하면서 초기 오버슈트에 의한 과도전압이 소호되지 못하는 단점을 보완함으로써 초기아크를 저감토록 하는 철도차량 계전기용 아크저감 회로에 관한 것이다.

Description

철도차량 계전기용 아크저감 회로{Arc Reducing Circuit for Rolling Stock Relay}

일반적으로 서지 보호기는, 충격전압 유입시 충격전압을 기기의 안전 전압 이하로 저감시켜 기기의 손상을 방지하기 위하여 방전관, 바리스터 등을 이용 서지전류 전량을 흡수 방전시킴으로써 기기에 인가되는 전압을 감소시키는 방법을 사용한다.

그러나, 이러한 종래의 서지 보호장치는 방전관이나 바리스터가 갖는 일정한 특성에서 벗어나 보호범위에 들어있지 못함으로써 방전관이나 바리스터에 의해 흡수하지 못한 미약한 서지 전압에 대한 아크발생에 대해서는 취약하게 되는 단점이 있는 것이다.

또한, 약한 서지에는 별다른 문제점이 없으나 서지전류가 클 때에는 전류에 비례한 소자 양단의 전압상승 및 소자의 소손이 일어나므로 방전소자 자체의 용량에 한계점이 있으며, 대전류의 방전시 접속하는 전선의 규격 및 접지선의 서지에 대한 임피던스 관계로 기술적인 문제점이 있다.

이와같은 문제점을 개선하기 위하여 특허 제419912호에 서지 보호기의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 같은 회수로 권회된 제1 및 제2 코일(L1,L2)과, 상기 제1 및 제2 코일의 회선측 단자(T1, T2)가 동위상이 되도록 상기 제1 및 제2 코일을 전기적으로 결합한 철심코어를 구비한 리액터; 상기 제1코일(L1)의 회선측 단자(T1)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 연결된 제1바리스터(V1); 및 상기 제2코일(L2)의 회선측 단자(T2)와 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3) 사이에 연결된 제2바리스터(V5)가 연결되는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 서지 보호기는, 단순히 과전압을 상쇄시켜 차단하는 복수의 바리스터만이 구비되는 구성으로 효율적인 보호기능의 수행이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 고안의 목적은, 동작코일단에 바리스터를 병렬로 연결하여 과도한 서지전압의 발생을 억제할 수 있도록 하고, 바리스터의 특성범위를 벗어난 아크를 바리스터에 연결되면서 아크소호기능을 갖는 아크저감회로에 의해 저감할 수 있도록 하며, 짧은 순간에 형성되는 전압/전류값을 상쇄시켜 아크를 저감하도록 하고, 아크로부터 동작접점을 보호하여 동작접점의 신뢰성과 내구성을 높일 수 있도록 하며, 철도차량의 주요제어 계전기 및 전자변 동작코일에서 발생하는 초기과도 서지전압의 발생을 흡수하여 동작접점에서 일어나는 아크를 방지토록 하는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공하는데 있다.

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 제동제어기의 일측에 아크저감회로를 통하여 바리스터가 병렬 연결되며, 상기 아크저감회로는 병렬연결되는 서지전압충격완화부와 상기 서지전압충격완화부에 병렬연결되는 서지전류환류부 및 서지전류흡수부를 포함하는 구성으로 이루어지는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공한다.

그리고, 본 고안의 아크저감회로는, 상기 서지전압충격완화부가 제1콘덴서로서 이루어지며, 상기 서지전압충격완화부가 콘덴서 전단에 병렬연결되는 클램핑다이오드로서 이루어지고, 상기 서지전류흡수부는 클램핑다이오드에 병렬 연결되는 제2콘덴서로서 이루어지는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공한다.

또한, 본 고안의 아크저감회로는, 상기 제1콘덴서의 후단에 제1콘덴서의 전류를 제한하는 제1저항이, 상기 제2콘덴서의 후단에 제2콘덴서의 전류를 제한하는 제2저항이, 상기 클램핑다이오드의 후단에 클램핑다이오드의 전류를 제한하는 제3저항이 각각 연결되는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공한다.

더하여, 본 고안의 아크저감회로는, 서지전압충격완화부의 일측에 연결되는 제4저항을 통하여 전류를 제한하도록 설치되면서 상기 제1콘덴서의 동작을 확인하는 엘이디가 더 연결되는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공한다.

그리고, 본 고안의 아크저감회로는, 저항과 콘덴서가 직렬연결되는 스노버회로이고, 상기 스노버회로는, 릴레이에 공급되는 전류량의 조절로 트랜지스터의 인가전압을 조절토록 하고, 파워스위치에 복수의 오피앰프가 직렬 연결되는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공한다.

또한, 본 고안의 스노버회로는, 오피앰프의 동작상태 확인을 위한 엘이디가 더 연결되고, 전압안정화를 위하여 오피앰프와 트랜지스터가 더 구비되는 철도차량 계전기용 아크저감 회로를 제공한다.

이상과 같이 본 고안에 의하면, 동작코일단에 바리스터를 병렬로 연결하여 과도한 서지전압의 발생을 억제하고, 바리스터의 특성범위를 벗어난 아크를 아크소호기능을 갖는 아크저감회로에 의해 저감하며, 짧은 순간에 형성되는 전압/전류값을 상쇄시켜 아크를 저감하고, 아크로부터 접점을 보호하여 접점의 신뢰성과 내구성을 높이며, 철도차량의 주요제어 계전기 및 전자변 동작코일에서 발생하는 초기과도 서지전압을 흡수하여 동작접점에서 일어나는 아크를 방지하고, 콘덴서와 저항의 조합으로 이루어진 간단한 구성의 아크저감회로를 제공하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 서지 보호기를 도시한 회로도이다
도2는 본 고안에 따른 아크저감 회로를 도시한 회로도이다.
도3은 본 고안에 따른 아크저감 회로를 도시한 블럭도이다.
도4는 본 고안에 따른 아크저감 회로의 적용상태도이다.
도5는 본 고안에 따른 아크저감 회로의 적용전과 아크저감회로에서 서지성분을 흡수한 상태의 아크를 도시한 그래프도이다.
도6은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 아크저감 회로를 도시한 회로도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 실시에를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 고안에 따른 아크저감 회로를 도시한 회로도이고, 도3은 본 고안에 따른 아크저감 회로를 도시한 블럭도이며, 도4는 본 고안에 따른 아크저감 회로의 적용상태도이고, 도5는 본 고안에 따른 아크저감 회로의 적용전과 아크저감회로에서 서지성분을 흡수한 상태의 아크를 도시한 그래프도이며, 도6은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 아크저감 회로를 도시한 회로도이다.

본 고안은, 동작제어기(100)의 일측에 아크저감회로(200)를 통하여 복수의 바리스터(110)가 각각 연결된다.

이때, 상기 아크저감회로(200)는, 바리스터(110)에서 흡수하지 못한 아크를 저감토록 설치된다.

그리고, 상기 아크저감회로(200)는, 동작제어기(100)에 병렬연결되는 서지전류흡수부(210)와 상기 서지전류흡수부(210)와 병렬연결되는 서지전류환류부(230)및 상기 서지전류환류부(230)와 병렬연결되는 서지전압충격완화부(250)로서 이루어 진다.

이때, 상기 서지전류흡수부(210)는 제1콘덴서(211)로 이루어지며, 상기 서지전류환류부(230)는 상기 제1콘덴서 전단에 병렬연결되는 클램핑다이오드(231)로 이루어지고, 상기 서지전압충격환화부(250)는 클램핑다이오드에 병렬 연결되는 제2콘덴서(251)로 이루어진다.

또한, 상기 제1콘덴서(211)의 후단에 제1콘덴서의 전류를 제한하는 제1저항(213)이, 제2콘덴서(251)의 후단에 제2콘덴서의 전류를 제한하는 제2저항(253)이, 클램핑다이오드(231)의 후단에 클램핑다이오드의 전류를 제한하는 제3저항(235)이 각각 연결된다.

더하여, 상기 서지전류흡수부(210)의 일측에 병렬연결되는 제4저항(240)을 통하여 전류가 제한되면서 제1콘덴서(211)의 동작을 확인하도록 설치되는 엘이디(260)가 제3저항(235)에 병렬 연결된다.

그리고, 상기 아크저감회로(200)는 속단회로보호부(220) 일측에 병렬연결되고, 출력단에 동작모니터(280)가 연결된다.

한편, 본 고안의 아크저감회로(200)는, 콘덴서(C1)와 저항(R12)이 직렬연결되는 구성을 이루어진 스노버회로(293)이다.

이때, 상기 스노버회로(293)는, 초기과도 서지전압 크기를 자동으로 감지하면서 초기과도소지전압 크기의 에너지를 자동으로 흡수토록 설치된다.

또한, 상기 스노버회로(293)는, 동작제어기(100)에 연결되는 릴레이(291)에서 접지측 선을 제거한 후 연결한다.

그리고, 상기 스노버회로(293)에 연결되는 파워스위치(Q3)에는 복수의 제3,1오피앰프(OP3)(OP1)가 직렬연결된다.

또한, 상기 스노버회로(293)는, 제3오피앰프(OP3)의 동작상태 확인을 위한 엘이디가 제3오피앰프에 더 연결된다.

더하여, 상기 제3오피앰프(OP3)의 일측에 전압안정화를 위한 제2오피앰프(OP2)와 트랜지스터(Q2)가 순차로 더 연결되는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 고안의 동작을 설명한다.

도2 내지 도6에서 도시한 바와같이 본 고안은, 철도차량 주요제어 계전기 및 전자변 동작코일에 전원을 공급하는 동작제어기(100)의 일측에 병렬 연결되는 아크저감회로(200)를 통하여 복수의 바리스터(110)가 각각 연결된다.

즉, 상기 계전기의 동작에 따라 출입문 등의 개폐시 계전기의 동작코일 역방향으로 과도서지전압이 발생되고, 상기 과도서지전압에 의해 계전기의 단자 동작접점에 아크를 발생시키게 되고, 상기 아크는 바리스터 및 아크저감회로를 통하여 저감되어 동작접점에서의 아크발생이 억제된다.

이때, 상기 아크저감회로(200)는, 철도차량의 동작제어기에 병렬연결되는 서지전류흡수부(210)와 상기 서지전류흡수부(210)와 병렬연결되는 서지전류환류부(230)및 상기 서지전류환류부(230)와 병렬연결되는 서지전압충격완화부(250)로서 이루어져 단자의 급격한 전압변화시 전류를 흡수토록 하거나 단자에 발생되는 역기전류를 단자로 유도하여 흡수토록 하고, 전류흐름을 제어하여 충격을 완화토록 한다.

즉, 상기 아크저감회로(200)는, 병렬연결되는 제1콘덴서(211)로 이루어진 서지전류흡수부(210)를 통하여 단자의 급격한 전압변화시 전류를 흡수하고, 상기 서지전류흡수부(210)와 병렬연결되는 클램핑다이오드(231)로 이루어진 서지전류환류부(230)를 통하여 단자에 발생되는 역기전류를 단자로 유도하여 흡수하며, 상기 서지전류환류부(230)와 병렬연결되는 제2콘덴서(251)로 이루어진 서지전압충격완화부(250)에 의해 전류흐름을 제어하여 그 충격을 완화한다.

또한, 본 고안의 아크저감회로(200)는, 바리스터가 연결되는 동작코일에 병렬로 연결하여 사용하거나, 비교적 안전성이 낮으면서 전류의 차단량이 큰 곳의 동작접점부에 병렬로 연결하여 사용하면 바리스터에 동작코일만을 병렬로 연결하여 사용하는 것 보다 아크저감 효과가 배가된다.

즉, 상기 동작코일에 병렬로 연결하면 동작코일에 전류가 먼저흐르는 상태에서 아크를 저감하는 량보다 효과가 증가하기 때문이다.

더하여, 상기 클램핑다이오드(231)는, 과도서지 전압을 환류시키기 위해 소정의 정전압에 일치토록 설치된다.

또한, 상기 제1콘덴서(211)의 후단에 제1저항(213)이 직렬 연결되어 제1콘덴서의 동작전류를 제한하고, 상기 제2콘덴서(251)의 후단에 제2저항(253)이 직렬 연결되어 제2콘덴서의 동작전류를 제한하며, 상기 클램핑다이오드(231)의 후단에 제3저항(235)이 직렬 연결되어 클램핑다이오드의 동작전류를 제한한다.

더하여, 상기 서지전류흡수부(210)의 일측에 직렬연결되는 제4저항(240)을 통하여 전류가 제한되면서 제1콘덴서(211)의 동작을 확인하는 엘이디(260)가 제3저항에 병렬 연결되어 아크저감회로(200)의 동작상태를 표시토록 한다.

그리고, 상기 아크저감회로(200)의 입력단에는 속단에 의한 회로보호가 가능토록 진입단에 속단성능을 갖는 전자퓨즈로 이루어진 속단회로보호부(220)가 설치되어 접속단자의 급격한 전압변화가 있을 때 전류를 흡수하고, 상기 아크저감회로에는 동작모니터(280)가 설치되어 아크저감회로의 상태를 감지하여 출력하도록 한다.

그리고, 도5에서와 같이 파형a는 바리스터만 동작코일에 연결할 경우, 파형b는 아크저감회로를 바리스터에 병렬로 연결할 경우 아크저감회로에서 흡수되는 초기아크 서지전압 발생량이며, 파형c는 동작코일에 바리스터와 아크저감회로가 병렬로 연결될 경우로서 본 고안의 아크저감회로를 적용하면 동작전압 DC100V ±30%, 저항이 600Ω±10% 용량을 갖는 동작코일을 동작시킬 때 도5에서와 같이 바리스터와 아크저감회로에 의해 아크를 흡수하여 동작접점을 보호하게 된다.

즉, 본 고안의 바리스터와 아크저감회로를 동시에 사용함으로써 아크발생을 일으키는 서지전압을 최적으로 흡수하는 아크저감회의 시정수값이 2Ω 레지스터와 2㎌ 정전용량의 조합임을 알 수 있었다.

한편, 본 고안은 아크저감회로(200)로서 피크전압의 감소량을 조절토록 저항과 콘덴서가 직렬연결되는 구성으로 이루어진 스노버회로(293)를 대체하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 스노버회로(293)는, 순간적으로 발생되는 스파크성 노이즈 또는 고조파와 같은 노이즈와 같은 아크전압을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 상기 아크저감회로인 스노버회로는, 파워스위치(Q1)에 복수의 제3,1오피앰프(OP3)(OP1) 및 트랜지스터(Q3)가 직렬연결되는 구성으로 이루어져 보호대상 동작접점이 동작하여 전류가 흐르면 저항(R1)에 전압이 인가되고, 상기 전압에 의해 제3,1오피앰프(OP3)(OP1)을 통과하면서 트랜지스터(Q3)가 동작하고, 상기 트랜지스터에 의해 파워스위치(Q1)가 동작하여 직렬연결되는 콘덴서(C1)와 파워스위치(Q1) 및 저항(R12)으로 이어지는 스노버회로를 완성하게 된다.

즉, 상기 스노버회로는, 릴레이(291)에 공급되는 전류량이 저항(R1)의 전압과 비례하여 스노버 회로를 동작시키기 위한 파워스위치(Q1)를 용이하게 조절함으로써 사용상태에 따라 적절한 스노버 작용으로 제어할 수 있게 된다.

이때, 상기 스노버회로(293)는, 제3,1오피앰프(OP3)(OP1)의 동작상태 확인을 위한 엘이디가 더 연결되어 엘이디의 점등으로 정상적인 동작의 확인이 가능하게 된다.

또한, 상기 제3오피앰프(OP3)의 일측에는 제2오피앰프(OP2)와 트랜지스터(Q2)가 더 구비되어 전압안정화를 구현토록 한다.

이때, 상기 오피앰프는, 다량으로 귀환을 걸어도 발진을 일으키지 않으면서 출력을 접지토록 하는 구성으로 감지되는 과도전압 및 과도전류를 자동 흡수토록 한다.

즉, 본 고안의 스노버회로는, 서지전압을 자동으로 흡수토록 하는 회로로서 동작코일에 직렬로 연결하여 서지전압을 공급하고, 동작코일에서 발생되는 어떠한 초기 과도 서지전압에 상관없이 자동으로 과도전압 및 과도전류를 감지하여 빠르게 자동으로 서지전압을 흡수함으로써 항상 일정량의 동작전압으로 안전하게 동작할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 고안은 바리스터에 의한 서지전압 흡수의 한계를 아크저감회로에 의해 보완하여 계전기 접점에서의 아크발생을 억제하게 되는 것이다.

100...동작제어기 110...바리스터
200...바리스터 210...서지전류흡수부
230...서지전류환류부 250...서지전압충격완화부
260...엘이디 293...스노버회로

Claims

동작제어기 동작코일단의 과도한 서지전압의 발생을 억제토록 동작코일에 바리스터를 병렬로 연결하고, 상기 바리스터에서 흡수하지 못한 아크를 흡수토록 바리스터에 아크소호기능을 갖는 아크저감회로가 병렬연결되는 구성으로 이루어지고,
상기 아크저감회로로 스노버회로가 사용되고,
상기 스노버회로는,
a). 동작코일에 전류가 흐르면 저항(R1)에 인가되는 전압이 제3,1오피앰프를 통과하면서 트랜지스터가 동작되도록 동작제어기에 연결되는 릴레이에서 접지측 선을 제거한 후 스노버회로의 파워스위치(Q1)의 일측이 트랜지스터(Q3)와 제3오피앰프(OP3)및 제1오피앰프(OP1)가 직렬연결되면서 상기 파워스위치의 다른 일측에 콘덴서(C1)와 저항(R12)이 직렬연결되고,
b). 릴레이(291)에 공급되는 전류량의 조절로 트랜지스터의 인가전압을 조절토록 설치되고, 상기 제3오피앰프(OP3)의 동작상태 확인을 위한 엘이디가 제3오피앰프에 더 연결되며, 상기 제3오피앰프(OP3) 일측에 전압안정화를 위한 제2오피앰프(OP2)가 연결되면서 상기 제2오피앰프는 트랜지스터(Q3)에 직렬연결되는 트랜지스터(Q2)에 연결되는 구성으로 이루어진 철도차량 계전기용 아크저감 회로.
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