KR20070118043A - 철도 열차에 전력을 공급하기 위한 시스템 및 방법, 상기시스템을 위한 변환기, 제어 유닛, 및 공조 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 철도 열차용 전력 공급 시스템은, 전력 공급 유닛과 공조 유닛 사이에서 전송 시스템으로부터 정보를 수신할 수 있고, 각각의 상기 공조 유닛으로부터의 전력에 대한 요구를 상기 정보로부터 도출할 수 있는 변환기를 포함하며,
상기 요구는 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안의 공기를 냉각 및/또는 제습하기 위해 상기 공조 유닛이 필요로 하는 전력을 나타내고,
상기 제1 전기 변환기(90)에, 각각의 상기 공조 유닛에 의해 전송된 상기 요구에 따라 전력 네트워크 시스템의 3상 전압의 진폭 및 주파수를 조절하기 위한 모듈(100)이 장착된다.
커티너리, 철도 열차, 차량, 3상 전력 공급 네트워크, 전기 변환기, 컴프레서, 공조 유닛, 보조 전기 부하, 전력 공급 유닛, 모듈.

Description

철도 열차에 전력을 공급하기 위한 시스템 및 방법, 상기 시스템을 위한 변환기, 제어 유닛, 및 공조 유닛{SYSTEM AND PROCESS FOR POWER SUPPLY TO A RAILWAY VEHICLE, CONVERTER, CONTROL UNIT, AND AIR-CONDITIONING UNIT FOR THE SYSTEM}
도 1은 철도 열차의 구조의 개략도이다.
도 2는 도 1의 철도 열차에 설치되는 공조 유닛의 구조의 개략도이다.
도 3은 도 1의 철도 열차에 설치되는 전력 공급 유닛의 개략도이다.
도 4는 도 1의 철도 열차의 공조 유닛에 전력을 공급하기 위한 절차의 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
2: 철도 열차 4: 커티너리
6: 레일 12, 13, 14: 차량
30: 전력 공급 유닛 32, 34: 3상 전력 공급 네트워크
38, 40: 보조 전기 부하 42, 43, 44: 공조 유닛
46: 네트워크(정보 전송용) 52: 컴프레서
72: 메커니즘(온도 조절용) 82: 제어 유닛
84: 센서 88: 모듈(파라미터 계산용)
90, 92: 변환기 100: 모듈
본 발명은 철도 열차에 전력을 공급하기 위한 시스템 및 방법, 상기 시스템을 위한 변환기, 제어 유닛, 및 공조 유닛에 관한 것이다.
종래의 철도 열차는,
커티너리(catenary)를 통해 받은 단상 또는 직류 전압을, 차량에 탑재되어 있는 제1의 3상 전력 공급 네트워크 및 제2의 3상 전력 공급 네트워크에 공급되는 3상 전압으로 변환하는 제1 및 제 전기 변환기로서, 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크 및 상기 제2의 3상 전력 공급 네트워크는 철도 열차의 복수개의 차량에 전력을 각각 분배할 수 있고 서로 전기적으로 분리되어 있는, 제1 및 제2 전기 변환기;
복수개의 차량에 각각 설치된 복수개의 공조 유닛으로서, 상기 복수개의 공조 유닛의 각각은 상기 제1 전기 변환기로부터 3상 전력을 받기 위해 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크에 전기 접속되며, 상기 차량 안으로 방출되는 냉기를 발생시키는 적어도 하나의 컴프레서를 포함하는, 복수개의 공조 유닛; 및
상기 제2 전기 변환기에 의해 3상 전압이 공급되는 상기 제2의 3상 전력 공급 네트워크에 전기적으로 접속된, 상기 컴프레서를 제외한 보조 전기 부하
를 포함한다.
상기 용어 "커티너리"는, 철도 열차에 전력을 공급하기 위해 팬터그래프(pantograph)가 미끄러지는 공기 내에 현수된 도선, 및 철도 열차에 전력을 공급하기 위해 슈(shoe)가 누르는 지상에 놓인 추가 레일을 모두 뜻하기 위해 사용된다. 이 기술은 "제3 레일"이라는 용어에 의해 공지되어 있다.
여기에서, "냉기"라는 용어는 차량 안의 주변 온도보다 낮은 온도를 가진 공기를 뜻한다.
종래에, 제1 및 제2 전기 변환기의 부하를 균형있게 되도록 하기 위해, 공조 유닛의 컴프레서들의 절반은 제1 전기 변환기에 전기 접속되고, 다른 절반은 제2 전기 변환기에 접속된다. 보조 전기 부하는 같은 이유로 제1 및 제2 전기 변환기 사이에 분배된다.
보조 전기 부하는 전압 및 일반적으로 50 Hz와 60 Hz 사이에 고정된 주파수로 전력을 공급받을 필요가 있기 때문에, 제1 및 제2 전기 변환기는 각각 이러한 고정 주파수 교류 전압을 대응하는 시스템에 공급한다. 이러한 상황에서, 각각의 공조 유닛의 컴프레서 역시 고정된 전압과 주파수로 전력을 공급받고, 따라서, 각각의 공조 유닛은 각각의 컴프레서에 동일한 전력을 공급하게 된다.
종래의 공조 유닛에서, 컴프레서는, 차량 내의 승객을 위한 높은 수준의 공조 안락성을 보장하기 위해, 상기 컴프레서가 연결되는 전기 시스템에서 이용 가능한 최대 전력을 시스템적으로 취한다.
따라서, 상기 시스템에서 이용 가능한 동일한 최대 전력에 대해 배출되는 냉기의 온도를 조절하기 위한 메커니즘이 각각의 공조 유닛에 제공되어야 한다. 실 제로 어떤 조절 메커니즘은 공조 유닛의 에너지 효율을 다소 감소시킨다. 예를 들면, 상기 컴프레서가 전력(P)을 취할 때, 에너지 효율이 △이면, 냉기의 온도는 X도이고, 에너지 효율이 △보다 작으면, 냉기의 온도는 X도보다 높을 것이다.
따라서, 종래의 철도 열차에서, 각각의 공조 유닛이 취하거나 소모하는 전력은 배출되는 냉기의 성질(특히, 온도와 습도)과 무관하게 동일하다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 목적은 공조 유닛에 의해 소모되는 전력이 조절될 수 있는 철도 열차을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은,
상기 제1 전기 변환기가, 전력 공급 유닛과 상기 공조 유닛 사이에서 정보를 전달하기 위한 네트워크로부터 정보를 수신할 수 있고, 각각의 상기 공조 유닛으로부터의 전력에 대한 요구를 상기 정보로부터 도출할 수 있으며,
상기 요구는 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안의 공기를 냉각 및/또는 제습하기 위해 상기 공조 유닛이 필요로 하는 전력을 나타내고,
상기 제1 전기 변환기가, 각각의 상기 공조 유닛에 의해 전송된 상기 요구에 따라 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크에 의해 공급된 3상 전압의 진폭 및 주파수를 조절하기 위한 모듈을 포함하는
철도 열차에 관한 것이다.
상기 시스템에서, 상기 제1 전기 변환기에 의해 공급되는 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수는 일정하지 않고, 각각의 공조 유닛의 전력 수요에 관한 정보에 따라 조절된다. 이러한 전력 수요는 특히 각각의 공조 유닛에 의해 전송되는 전력을 위한 요구의 형태로 표시될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 제1의 3상 전압 공급 네트워크의 전압 및/또는 주파수는, 공조 유닛이 상기 차량 안의 주위 온도를 설정 온도값에 가깝게 유지하기에 필요한 전력만 취할 수 있게 하도록, 조절될 수 있다. 이러한 상태에서, 상기 공조 유닛은 최대 에너지 효율로 작동한다. 따라서, 이것은 공조 유닛이 소모하는 전력이 기준 온도에 도달하는 것을 제한하는데, 왜냐하면, 에너지 효율을 감소시킬 뿐이기 때문이다.
따라서, 전체적으로 볼 때, 열차의 공조 유닛에 의한 전력 소모는 감소된다.
더욱이, 상기 제1 전기 변환기는 복수개의 공조 유닛에 공통이기 때문에, 이들 공조 유닛에 대한 전력 공급 시스템은 단순화되고, 따라서, 각각의 공조 유닛에 합체되는 변환기를 제공하는 시스템보다 비용이 적게 든다.
마지막으로, 최대 용량으로 작동하거나 전체가 정지되는 식으로 작동하는 공조 유닛에 비하여, 컴프레서가 저 부하에서 작동할 때 승객의 안락성은 증가된다.
상기 시스템의 실시예들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
― 상기 컴프레서들이 상기 제1 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 공조 유닛의 상기 컴프레서를 상기 제1 전기 변환기에만 연결할 수도 있고, 상기 보조 전기 부하가 상기 제2 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 보조 전기 부하를 상기 제2 전기 변환기에만 연결할 수도 있으며, 다르게는 상기 컴프레서들 이 상기 제2 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 컴프레서들을 상기 제2 전기 변환기에만 연결할 수도 있는 한 세트의 접점들.
― 상기 제1 전기 변환기의 결함을 검출하기 위한 결함 검출기, 및 상기 제1 전기 변환기의 결함의 검출에 따라, 상기 제1 전기 변환기에 대한 상기 컴프레서들의 연결을 상기 제2 전기 변환기에 대한 연결로 자동적으로 전환시키도록 모든 접점들을 작동시키기 위한 유닛.
― 상기 보조 전기 부하가 상기 제2 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 보조 전기 부하를 상기 제2 전기 변환기에만 연결할 수도 있고, 상기 보조 전기 부하가 상기 제1 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 보조 전기 부하를 상기 제1 전기 변환기에만 연결할 수도 있는, 제어 가능한 접점.
― 상기 제2 전기 변환기의 결함을 검출하기 위한 결함 검출기, 및 상기 제2 전기 변환기의 결함의 검출에 따라, 상기 제2 전기 변환기에 대한 상기 보조 전기 부하들의 연결을 상기 제1 전기 변환기에 대한 연결로 자동적으로 전환시키도록 한 세트의 접점들을 제어할 수 있는 유닛.
― 상기 공조 유닛이 설치된 각각의 상기 차량 안에 있는 주위 온도 센서, 및 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안에서 측정된 온도, 및 목표치로서의 기준 온도에 따라 3상 전압을 조절하기 위한 조절 파라미터를 계산하기 위한 조절 모듈로서, 상기 조절 모듈은, 가능한 한 최대량의 전력을 취할 필요가 있는 상기 컴프레서가 그 전력을 취할 수 있도록, 상기 조절 파라미터에 따라 상기 제1 네트워크의 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수를 조절할 수 있다.
― 각각의 상기 공조 유닛이, 상기 컴프레서에 공급되는 동일한 3상 전압을 위해 배출되는 냉기의 온도를 조절하기 위한 메커니즘, 및 상기 컴프레서에 공급되는 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수, 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안에서 측정된 온도, 및 목표치로서의 기준 온도에 따라 상기 메커니즘을 제어하기 위한 유닛을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 전력 시스템에서 작동될 수 있는 전기 변환기, 제어 유닛, 및 공조 유닛에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 또한 상기 전력 시스템을 이용하는 전력 공급 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징은, 제한을 목적으로 하지 않는 실시예로서 제공되는 첨부된 도면을 참조하여 주어진 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
아래의 설명에서, 당업자에게 잘 알려져 있는 특징 및 기능은 상세히 설명하지 않는다.
도 1은 기차와 같은 철도 열차(2)를 도시한다. 이러한 철도 열차(2)는 커티너리(4)를 통해 교류 단상 전압의 전력을 공급받아, 레일(6) 상에서 주행한다.
이러한 열차(2)는 기관차(10)와 복수개의 차량(12 내지 14)을 포함한다. 이러한 차량들은 예를 들면 승객을 운송하기 위한 차량이다.
기관차(10)는, 회로 차단기(18)의 매개물과 후속하는 팬터그래프(20)를 통해 커티너리(4)에 연결되는 변압기(16)를 포함한다. 커티너리(4)로부터 공급되는 교 대 단상 전압은 5000 Vac를 넘으며, 예를 들면 25,000 Vac와 같다. 변압기(16)는 단상 교대 출력 전압 Uac를 공급한다. 전압 Uac는 기관차(10)의 견인 모터(26)에 전력을 공급하기 위해 디바이스(24)에 의해 사용된다(도 1에는 하나의 모터(26)만 도시되어 있다).
보조 전기 부하와 공조 유닛에 전력을 공급하기 위한 시스템이 열차(2)에 장착된다. 더욱 구체적으로는, 전압 Uac는 또한 보조 전기 부하와 열차(2) 내의 공조 유닛에 전력을 공급하기 위해 유닛(30)에 의해 이용된다. 이러한 목적을 위해, 유닛(30)은 열차의 복수개의 차량에서 전력을 분배하기 위한 2개의 와이어링 네트워크(32, 34)에 연결된다. 이 네트워크(32, 34)는 이 네트워크(32, 34)에 연결되는 전기 장비에 전력(P1, P2)를 각각 공급한다. 이러한 실시예에서, 네트워크(32, 34) 상의 3상 전압(V1, V2)은 50 Vac와 450 Vac 사이에 있다. 전압(V1)은 일정하고, 예를 들면 400 Vac와 같다.
공조 유닛은 차량(12 내지 14) 내의 공기를 냉각 및/또는 제습하기 위해 사용될 수 있다.
대체로, 열차(2)에 설치되는 보조 전기 부하는 고정 진폭 및 주파수를 가진 3상 전압을 필요로 한다. 이들 보조 전기 부하는 예를 들면 열차의 압축 공기용 컴프레서, 열차(2)의 헤드램프, 각각의 차량(12 내지 14) 내의 조명장치, 팬 및 다른 장비이다. 도 1을 간단히 하기 위해, 고정 전압 및 주파수를 필요로 하는 보조 전기 부하의 실시예를 도시하기 위해 전구(38 내지 40)만 도시되어 있다. 전구(38 내지 40)는 각각의 차량에 위치되고, 네트워크(32)에 접속된다. 전구(38 내지 40)는 전력(P1)을 체계적으로 소모한다.
각각의 차량은 또한 공조 유닛(42 내지 44)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 공조 유닛(42 내지 44)은 양쪽 네트워크(32, 34)에 연결된다.
각각의 공조 유닛(42 내지 44)은 또한 정보를 연결 유닛(30)으로부터 각각의 공조 유닛으로 전달하기 위한 네트워크(36)에 연결된다. 여기에서, 이러한 시스템(46)은 열차(2) 내에 위치되는 정보의 전달을 위한 양방향 네트워크이다.
본 설명의 나머지 부분에서, 공조 유닛은 모두 동일하다고 가정한다.
설명의 목적을 위해서, 도 2는 공조 유닛(42)을 더욱 상세히 설명한다.
공조 유닛(42 내지 44)은 냉각 유체를 컴프레서(52)의 내부로 공급하는 파이프(50)를 포함한다. 컴프레서(52)는 3상 전압을 받기 위해 네트워크(34)에 전기 접속된다. 이러한 컴프레서(52)는 네트워크(34)로부터 최대 전력을 체계적으로 취한다. 공조 유닛의 컴프레서만으로도 공조 유닛의 작동에 필요한 전체 전력의 대체로 50%보다 많이 소모하며, 통상적으로는 80%를 소모한다.
그러면, 컴프레서(52)에 의해 압축된 냉각 유체는 파이프(54) 내로 분사된다. 컴프레서의 작동에 따라, 파이프(54) 내의 유체의 온도는 파이프(50) 내의 온도보다 높다.
열교환기 또는 응축기(60)는 파이프(54)의 일단부에 연결된다. 이러한 컨덴서는 압축 유체의 온도를 낮추도록 설계된다. 예를 들면, 응축기(60)는 공기냉각 된다. 응축기의 벽과 접촉하는 압축 유체는 냉각되어 응축된다.
응축기(60)에 의해 냉각된 압축 유체는 증발기(66)에 공급되도록 출구 파이프(64)로 분사된다. 응축기와 증발기 사이에서, 유체는 감압기에서 감압된다. 증발기(66)는 파이프(67)를 통해 포획된 외부 공기와 혼합된 주위 공기를 냉각시킨다. 냉각된 주위 공기는, 냉기를 상기 차량의 내부로 배출하는 팬(70)으로 향하여 파이프(68)를 통과한다.
증발기(66)에 의해 주위 공기를 냉각하기 위해 이용된 냉각 유체는 다음에는 재순환되도록 파이프(50)로 복귀된다.
각각의 공조 유닛에 포함될 수 있는 공기의 제습을 위한 수단은 자체로 공지되어 있어, 설명되지 않는다.
컴프레서(52)를 제외하고, 증발기(66)용 팬 또는 응축기 팬(70)과 같은, 공조 유닛(42) 내의 다른 전기 장비는 예를 들면 네트워크(32)에 전기 접속된다.
공조 유닛(42)은 또한 일정 3상 전압 구동 컴프레서(52)에서 배출된 냉기의 온도를 조절하기 위한 메커니즘(72)을 포함한다. 메커니즘(72)는 예를 들면 "고온 가스 바이패스"라는 명칭으로 공지되어 있는 고온 유체를 우회시키기 위한 메커니즘이다. 이러한 메커니즘(72)은, 응축기(60)를 통과하지 않고, 한편으로는 파이프(74)를 통해 파이프(54)에 유체 연결되고, 다른 한편으로는 파이프(76)를 통해 파이프(64)에 유체 연결된다. 응축기(60)를 통과하지 않고 파이프(54)로부터 파이프(50)로 직접 공급되는 유체의 흐름을 제어하도록 제어 가능 밸브(80)가 파이프(74, 76)들 사이에 유체 연결된다.
공조 유닛(42)은 또한 공조 유닛을 제어하기 위한 국부 유닛(82)을 포함한다. 이러한 유닛(82)은,
예를 들면 차량(12) 내에 위치되는 외부 온도(Tm)용 센서(84),
기준 온도(Tc)를 판정하기 위한 유닛(86),
온도 조절 메커니즘(72), 및
네트워크(46)에 연결된다.
여기에서, 센서(84)와 유닛(86)은 공조 유닛(42)의 일부를 형성한다고 고려된다.
유닛(86)은 예를 들면 기준 온도(Tc)를 위한 값을 입력시킬 수 있는 키보드와 같은 인간-기계 인터페이스이다. 유닛(86)은 또한 상기 차량 외부의 온도의 측정에 따라 기준 온도(Tc)를 자동적으로 판정할 수 있다.
유닛(82)은 네트워크(34)에서 이용 가능한 온도(Tm), 기준 온도(Tc), 및 3상 전압과 관련하여 밸브(80)를 제어할 수 있다.
유닛(82)은 또한 컴프레서(52)에 전력을 공급하는 3상 전압을 조절하기 위한 파라미터를 계산하기 위한 모듈(88)을 포함한다. 이러한 파라미터는, 상기 차량 안의 주위 온도를 기준 온도(Tc)에 가깝게 유지하기 위해 필요한 최소 전력(Pmin-i)을 컴프레서(52)가 취할 수 하기 위해 네트워크(34) 상에 필요한 3상 전압을 나타낸다. 여기에서, 이러한 조절 파라미터는 컴프레서(52)에 전력을 공급하기 위한 3상 전압을 위한 주파수 기준값(fmin-i)이다. 유닛(82)은 또한 컴프레서(52)가 필요로 하는 전력을 나타내는 네트워크(46) 상의 전력에 대한 요구(demand)를 보낼 수 있다. 이러한 목적으로, 보내어진 요구는 전력(Pmin-i)에 대응하는 주파수(fmin-i)를 포함한다.
도 3은 전력 공급 유닛(30)을 더욱 상세히 도시한다.
유닛(3)은 단상 전압(Uac)이 각각 공급되는 2개의 변환기(90, 92)를 포함한다. 이러한 변환기 각각은 전압(Uac)을 3상 전압(Vac)으로 변환할 수 있고, 이러한 3상 전압(Vac)은 3상 전압 출력(94, 90) 각각으로부터 공급된다.
변환기(92)는 예를 들면 고정 진폭 및 주파수를 가진 3상 전압을 공급하는 변환기이다.
반대로, 변환기(90)는, 공조 유닛이 의해 취하는 전력(P2)이 수요에 대응하도록, 출력(94)에서 공급되는 3상 전압을 변화시킬 수 있는 변환기이다. 여기에서, 변환기(90)는 공급되는 3상 전압의 진폭 및 주파수를 모두 변화시킴으로써 네트워크(34)으로부터 취하는 전력(P2)을 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, 3상 전압은 전압과 주파수 사이의 고정비를 유지하도록 수정된다.
이러한 목적으로, 변환기(90)는 출력(94)에서 이용 가능한 3상 전압의 진폭 및 주파수를 조절하기 위한 모듈(100)을 포함한다. 여기에서, 모듈(100)은 공조 유닛(42 내지 44) 각각에 의해 보내지는 전력, 더욱 구체적으로는 주파수(fmin-i)에 대한 요구를 수신하도록 네트워크(46)에 연결된다. 통상적으로 모듈(100)은 소프트웨어 모듈이다.
이러한 실시예에서, 각각의 변환기(92, 92)에 의해 공급될 수 있는 최대 전 력은 우선적 부하(priority load)가 이들 변환기 중 하나에 의해서만 전력을 공급받을 수 있도록 하기에 충분하다. 우선적 부하는 예를 들면 컴프레서(52)의 절반 및 보조 전기 부하의 절반을 포함한다.
출력(94, 96)은 접점의 세트(102)를 통해 네트워크(34, 32)에 전기 접속된다.
설명을 위해, 이러한 세트(102)는 3개의 접점(104 내지 106)을 포함한다.
접점(104)은 출력(94)을 네트워크(34)에 연결하거나, 출력(94)을 네트워크(34)로부터 전기적으로 차단시킬 수 있다.
접점(105)은 네트워크(32, 34)를 서로 연결하거나, 네트워크(32)를 네트워크(34)로부터 전기적으로 차단시킬 수 있다.
접점(106)은 출력(96)을 네트워크(32)에 연결하거나, 출력(96)을 네트워크(32)로부터 전기적으로 차단시킬 수 있다.
도 3을 단순화하기 위해, 접점(104 내지 106)은 단상 접점의 부호를 이용하여 도시되었다. 그러나, 이들은 각각의 상에 대응하는 도체를 연결하거나 차단시킬 수 있는 3상 접점이다.
유닛(30)은 또한 세트(102)의 접점들을 작동시키기 위한 유닛(110)을 포함한다. 유닛(110)은 변환기(90, 92)를 각각 가진 2개의 결함 검출기(112, 114)에 연결된다. 유닛(110)은 검출기(112, 114)에 의해 공급되는 결함 표시에 따라 접점(104 내지 106)의 스위치를 제어할 수 있다.
도 3에서, 제어 가능한 차단 접점의 2개의 세트(116, 118) 역시 도시되어 있 다. 세트(116)의 접점들은 하나 이상의 컴프레서(52)를 네트워크(34)로부터 선택적으로 전기적으로 차단할 수 있다. 마찬가지로, 세트(118)의 접점들은 하나 이상의 부하를 네트워크(32)로부터 선택적으로 전기적으로 차단할 수 있다.
이제 열차(2)의 작동을 도 4의 절차를 참조하여 설명한다.
초기에, 변환기(90, 92)가 정상적으로 작동할 때, 열차(2)은 정상 작동 모드(120)에서 작동한다. 이러한 모드에 진입할 때, 단계 122에서, 제어 유닛은 스위치(104, 106)가 닫히고, 스위치(105)가 열리게 한다. 따라서, 출력(94)은 네트워크(34)에만 연결되고, 출력(96)은 네트워크(32)에만 연결되며, 네트워크(32, 34)는 서로 전기적으로 차단된다.
따라서, 정상 작동에서, 열차(2)의 모든 컴프레서(52)는 변환기(90)에 의해 전력을 공급받으며, 컴프레서(52) 외의 모든 보조 전기 부하는 변환기(92)에 의해 전력을 공급받는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 모드(120)에서, 변환기(90)는 컴프레서에 전력을 공급하기 위해서만 이용되고, 변환기(92)는 컴프레서 외의 보조 전기 부하에 전력을 공급하기 위해서만 이용된다.
병렬로, 단계 124에서, 변환기(92)는 일정 진폭 및 주파수의 3상 전압을 네트워크(32)에 공급한다. 이것은 네트워크(32)에 공급되는 전력(P1)에 대응한다.
마찬가지로 병렬로, 단계 126에서, 상기 차량에 설치되는 각각의 센서(84)는 온도(Tm)를 측정한다. 단계 126에서, 유닛(86)은 메모리에 위치되는 전의 기준 온도(Tc)를 리프레시하기 위해 주어진 차량을 위한 새로운 기준 온도(Tc)를 결정할 수 있다.
그러면, 단계 128에서, 각각의 공조 유닛의 유닛(82)은, 상기 차량 내의 주위 온도를 기준 온도(Tc)로 감소시키기 위해, 컴프레서(52)가 필요로 하는 전력(Pmin-i)에 대응하는 조절 파라미터(fmin-i)를 계산한다. 이러한 계산은 예를 들면 측정된 온도(Tm)와 기준 온도(Tc)만의 함수이다. 더욱 구체적으로는, 유닛(82)은, 이러한 시스템으로부터 컴프레서가 취하는 전력이 전력(Pmin-i)와 같게 되기 위해 네트워크(34) 상의 전력 공급 전압이 가져야 할 주파수(fmin-i)를 설정한다. 단계 128이 일단 완료되면, 단계 130에서, 각각의 공조 유닛의 모듈(88)은 주파수(fmin-i)를 포함하는 전력에 대한 요구를 네트워크(46)를 통해 조절 모듈(100)로 보낸다. 전력에 대한 이러한 요구는, 상기 차량안의 공기 온도를 기준 온도(Tc)로 유지하기 위해 공조 유닛의 컴프레서가 필요로 하는 전력을 모듈(100)에 표시한다. 여기에서, 실제로, 주파수(fmin-i)는 컴프레서(52)가 필요로 하는 전력을 표시하기 위해 이용된다.
모듈(910)은 전력 요구에 대한 정보를 네트워크(46)를 통해 수신하고, 그에 따라, 단계 132에서, 이러한 모듈은 수신한 가장 높은 주파수(fmin-i)를 선택하며, 3상 전압(Vac)의 주파수가 수신된 주파수(fmin-i)의 최대치와 같도록 3상 전압(Vac)의 주파수를 조절한다. 단계 132에서, 모듈(100)은 또한 네트워크(34)를 통해 공급되는 전압과 주파수 사이의 비를 일정하게 유지하도록 수신된 주파수(fmin-i) 중 가장 큰 것에 비례하도록 전압을 조절한다.
그 뒤에, 단계 134에서, 변환기(90)는 단계 132에서 이루어진 조절에 대응하 는 3상 전압을 출력(94)에 공급한다. 이러한 3상 전압은 컴프레서가 소모하거나 취하는 전력(P2)에 대응한다. 네트워크(34) 상의 3상 전압의 주파수는 아래에서 f2로 표시될 것이다.
단계 134와 병렬로, 단계 136에서, 모듈(100)은 또한 그 주파수 값(f2)을 네트워크(46)를 통해 각각의 공조 유닛(42 내지 44)로 전송한다.
네트워크(46)를 통해 주파수(f2)를 수신함에 따라, 단계 138에서, 각각의 공조 유닛(82)은 네트워크(34)로부터 소모된 전력이 단계 128에서 계산된 전력(Pmin-i)보다 크거나 같은지 판정한다. 예를 들면, 단계 138에서, 유닛(82)은 단계 128에서 계산한 주파수(fmin-i)를 이용 가능한 주파수(f2)와 비교한다.
이용 가능한 주파수(f2)가 앞에서 단계 128에서 계산된 주파수(fmin-i)와 같으면, 단계 140에서, 유닛(82)은, 공조 유닛의 에너지 효율이 최대로 되도록, 밸브(80)가 완전히 닫히도록 명령한다. 이러한 상태에서, 파이프(54) 내로 주입되는 유체는 응축기(60)를 통과하지 않고 파이프(64)에 도달할 수 있다.
그렇지 않으면, 즉, 취해진 전력(P)이 단계 142에서 유닛(82)에 의해 계산된 전력(Pmin-i)보다 크면, 단계 142에서, 유닛(82)은, 공조 유닛이 설치된 상기 차량의 내부에 대한 측정된 온도(Tm)와 기준 온도(Tc), 및 네트워크(34) 상에서 이용 가능한 3상 전압의 특성에 따라, 밸브(80)가 열리도록 명령한다. 예를 들면, 유닛(82)에 의해 고려되는 3상 전압의 특성은 주파수(f2)이다. 이것을 통해서, 공조 유닛은 다른 공조 유닛의 온도보다 낮은 온도를 가진 냉기를 발생시킴에도 불구하고, 그 공조 유닛의 컴프레서에 의해 취해진 전력은 다른 공조 유닛의 컴프레서에 의해 취해진 전력과 동일하다.
변환기 중 어떤 것도 결함 나지 않는 한, 단계 122 내지 140은 반복된다.
단계 148에서, 검출기(112)가 변환기(90)가 결함 난 것을 검출하면, 열차는 정상 작동 모드를 벗어나, 제1 저등급 작동 모드(15)로 진입한다. 이러한 제1 저등급 작동 모드에 진입할 때, 단계 152에서, 유닛(110)은 접점(104)이 열리고, 접점(105, 106)이 닫히도록 명령한다. 따라서, 단계 152의 완료 시에, 네트워크(32, 34)는 변환기(92)의 출력(96)에 동시에 전기 접속되고, 변환기(92)로부터 전기적으로 차단된다.
단계 152와 병렬로, 세트(116, 118)의 접점들은 컴프레서(52)의 반만 네트워크(34)에 연결하고, 보조 전기 부하의 반만 네트워크(32)에 연결하도록 명령을 받는 것이 발생할 수 있다. 바람직하게는, 네트워크(32 또는 34)를 통해 연결되는 컴프레서와 보조 전기 부하는 열차(2)의 작동에 기본적인 것이라고 생각되는 것이다.
그러면, 단계 154에서, 변환기(92)는, 공조 유닛에 의해 전송되는 전력에 대한 요구과 무관하게 고정 진폭 및 주파수의 3상 전압을 출력(96)에 공급한다.
따라서, 제1 저등급 작동 모드는, 변환기(90)가 결함이더라도 컴프레서(52) 중 몇 개에는 계속적으로 전력을 공급할 수 있게 한다.
단계 160에서, 검출기(114)가 변환기(92)의 결함을 검출하면, 정상 작동 모 드가 정지되고, 절차는 제2 저등급 작동 모드(162)를 통해 계속된다.
모드(162)의 시작점에서, 단계 164에서, 유닛(110)은 접점(106)이 열리고, 접점(104, 105)이 닫히도록 명령한다. 따라서, 단계 164의 끝에서, 네트워크(32, 34)는 출력(94)에 전기 접속되고, 출력(96)으로부터 전기적으로 차단된다.
동시에, 접점들의 세트(116, 118)는 컴프레서의 반만 네트워크(34)에 연결하고, 보조 전기 부하의 반만 네트워크(32)에 연결하도록 명령을 받는다.
그러면, 단계 166에서, 유닛(110)은, 변환기(90)에 작동하여, 변환기(90)는 공조 유닛으로부터의 전력에 대한 요구과 무관하게 고정 진폭 및 주파수를 가진 3상 전압을 출력(94)에 공급한다. 이러한 3상 전압은 변환기(92)가 공급하였을 3상 전압과 동일하다.
그러면, 단계 168에서, 변환기(90)는 단계 166에서의 조절에 대응하는 3상 전압을 네트워크(32, 34)로 동시에 공급한다. 따라서, 이러한 제2 저등급 작동 모드는 변환기(92)가 결함일 때 보조 전기 부하 중의 몇 개에는 계속 전력을 공급할 수 있게 한다.
여기에서, 결함이 생긴 변환기라는 것은 필요한 전력을 그것의 3상 출력에 더 이상 공급할 수 없는 변환기를 뜻한다.
많은 다른 실시예가 가능하다. 예를 들면, 변경예로서, 네트워크(34) 상의 주파수(f2)는 각각의 공조 유닛을 위한 제어 유닛으로 네트워크(46)를 통해서 통신되지 않는다. 그러면, 네트워크(34)에 의해 공급되는 전기 주파수에 관한 이러한 정보는 제어 유닛에 의해 국부적으로 판정된다. 이러한 목적으로, 컴프레서(52)가 받는 전력, 컴프레서(52)에서 나오는 압축 유체의 온도, 또는 증발기에서 나오는 공기의 온도가 측정될 것이다.
변경예로서, 열차(20)는 직류 전압을 분배하는 커티너리에 연결되도록 설계된다. 이러한 변경예에서, 변압기(16)는 통상적으로 없앤다.
많은 수의 차량을 가진 철도 열차의 경우에, 유닛(30)과 같은 복수개의 전력 공급 유닛을 이용하는 것이 필요할 수도 있다. 이러한 상황에서, 유닛(30)과 전력 공급 네트워크(32, 34)는 각각의 차량의 공조 유닛과 보조 전기 부하에 전력을 공급하기 위해 필요한 만큼 중복된다.
변환기(90)가 공급하는 3상 전압의 진폭 또는 주파수만 변경시킴으로써, 컴프레서가 취하는 전력을 변경시키는 것도 가능하다.
마지막으로, 계산 모듈(88)은 변경예로서 조절 모듈(100) 내에 합체될 수 있다. 이러한 변경예에서, 네트워크(46)를 통해 조절 모듈(100)로 보내어진 전력에 대한 요구는 측정된 온도(Tm)와 각각의 공조 유닛에 할당되는 기준 온도(Tc)를 포함한다.
공조 유닛의 전력 요구사항에 관하여 시스템에 전송되는 정보는 공조 유닛이 아닌 부품, 특히 공조 유닛과 무관하게 상기 차량에 위치되는 온도 또는 습도 센서로부터 발생될 수 있다. 그러면, 제1 전기 변환기는 이러한 정보로부터 각각의 공조 유닛의 전력 요구를 도출하기 위한 위치에 있게 된다.
상술한 열차(2)에 대한 여러 가지 실시예의 모드는 다음의 이점을 가진다.
― 접점의 세트(102)는 변환기(90)가 결함일 경우에 변환기(92)로부터 컴프레서에 전력을 공급할 수 있게 하며, 또한 변환기(92)가 결함일 때 변환기(90)로부터 보조 전기 부하에 전력을 공급할 수 있게 한다.
― 접점(116, 118)의 세트는 각각의 변환기(90, 92)가 컴프레서(52)와 모든 보조 전기 부하에 동시에 전력을 공급하도록 하는 것을 피할 수 있게 한다.
― 결함 검출기 및 제어 유닛은 정상 작동 모드로부터 저등급 작동 모드로의 변화를 자동적으로 제어할 수 있다.
― 변환기(90)로부터의 출력에서의 전압 및 주파수는, 더욱 큰 전력을 필요로 하는 공조 유닛이 기준 온도(Tc) 주위의 온도를 조절하기 위한 전력을 취할 수 있게 하도록 조절될 수 있다.
― 각각의 공조 유닛에 합체되는 조절 메커니즘은, 특히 저등급 모드에서 각각의 컴프레서가 받는 전력이 동일한 동안에 각각의 차량 안의 온도를 각각 조절할 수 있게 한다.

Claims (11)

  1. 커티너리(4)를 통해 받은 단상 또는 직류 전압을 3상 전압으로 변환할 수 있는 제1 및 제2 전기 변환기(90, 92)로서, 상기 3상 전압은 열차에 탑재되어 있는 제1의 3상 전력 공급 네트워크(32) 및 제2의 3상 전력 공급 네트워크(34)에 각각 공급되고, 각각의 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크와 상기 제2의 3상 전력 공급 네트워크는 철도 열차의 복수개의 차량에 전력을 분배할 수 있고 서로 전기적으로 분리될 수 있는, 상기 제1 및 제2 전기 변환기;
    복수개의 상기 차량에 각각 설치된 복수개의 공조 유닛(42 내지 44)으로서, 각각의 상기 공조 유닛은, 상기 차량의 내부로 냉기를 제공하기 위한 적어도 하나의 컴프레서(52)를 포함하고, 상기 제1 전기 변환기로부터 3상 전압의 전력을 공급받기 위해 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크에 전기적으로 연결되는, 상기 복수개의 공조 유닛; 및
    상기 제2 전기 변환기에 의해 3상 전압의 전력을 공급받기 위해 상기 제2의 3상 전력 공급 네트워크에 전기적으로 접속된, 상기 컴프레서를 제외한 보조 전기 부하(38, 40)
    를 포함하는 철도 열차용 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 제1 전기 변환기(90)는, 전력 공급 유닛(30)과 상기 공조 유닛(42 내지 44) 사이에서 정보를 전달하기 위한 네트워크(46)로부터 정보를 수신할 수 있고, 각각의 상기 공조 유닛으로부터의 전력에 대한 요구(demand)를 상기 정보로부터 도 출할 수 있으며,
    상기 요구는 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안의 공기를 냉각 및/또는 제습하기 위해 상기 공조 유닛이 필요로 하는 전력을 나타내고,
    상기 제1 전기 변환기는, 각각의 상기 공조 유닛에 의해 전송된 상기 요구에 따라 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크에 의해 공급되는 3상 전압의 진폭 및 주파수를 조정하기 위한 모듈(100)을 포함하는, 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컴프레서들(52)이 상기 제1 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 공조 유닛의 상기 컴프레서들(52)을 상기 제1 전기 변환기에만 연결할 수도 있고, 상기 보조 전기 부하가 상기 제2 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 보조 전기 부하를 상기 제2 전기 변환기에만 연결할 수도 있으며, 상기 컴프레서들이 상기 제2 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 컴프레서들을 상기 제2 전기 변환기에만 연결할 수도 있는, 제어 가능한 한 세트의 접점들(102)을 더 포함하는 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전기 변환기(90)의 결함을 검출하기 위한 검출기(12), 및
    상기 제1 전기 변환기의 결함의 검출에 따라, 상기 제1 전기 변환기에 연결된 상기 컴프레서들을 상기 제2 전기 변환기로에 연결되게 자동적으로 전환시키도 록 상기 한 세트의 접점들(102)을 제어하는 유닛(110)
    을 더 포함하는 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 전기 부하가 상기 제2 전기 변환기로부터 전력을 공급받도록 상기 컴프레서를 제외한 상기 보조 전기 부하를 상기 제2 전기 변환기에만 연결할 수도 있고, 상기 보조 전기 부하가 상기 제1 전기 변환기로부터만 전력을 공급받도록 상기 보조 전기 부하를 상기 제1 전기 변환기에만 연결할 수도 있는, 제어 가능한 한 세트의 접점들(102)을 더 포함하는 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전기 변환기의 결함을 검출하기 위한 검출기(114), 및
    상기 제2 전기 변환기의 결함의 검출에 따라, 상기 제2 전기 변환기에 연결된 상기 보조 전기 부하들을 상기 제1 전기 변환기에 연결되도록 자동적으로 전환시키도록 상기 한 세트의 접점들을 제어하는 유닛(110)
    을 더 포함하는 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조 유닛이 설치된 각각의 상기 차량 안의 주위 온도를 측정하기 위한 센서(84), 및
    상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안에서 측정된 온도, 및 목표치로서의 기준 온도에 따라 3상 전압을 조절하기 위한 파라미터를 계산하기 위한 조절 모듈(88)
    을 더 포함하며,
    상기 조절 모듈(100)은, 가능한 최대량의 전력을 취할 필요가 있는 상기 컴프레서가 그 전력을 취할 수 있도록, 상기 조절 파라미터에 따라 상기 제1 네트워크의 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수를 조절할 수 있는, 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 공조 유닛이,
    상기 컴프레서에 공급되는 동일한 3상 전압에 대해 배출되는 냉기의 온도를 조절하기 위한 메커니즘(72), 및
    상기 컴프레서에 공급되는 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수, 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안에서 측정된 온도, 및 목표치로서의 기준 온도에 따라 상기 메커니즘을 제어하기 위한 유닛(82)
    을 포함하는, 철도 열차용 전력 공급 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전력 시스템에 사용될 수 있고, 커티너리(4)를 통해 받은 단상 또는 직류 전압을 열차에 탑재되어 있는 제1의 3상 전 력 공급 네트워크(34)에 의해 공급되는 3상 전압으로 변환할 수 있는, 전기 변환기(90)에 있어서,
    각각의 공조 유닛에 의해 전송된 전력에 대한 요구에 따라 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크에 의해 공급되는 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수를 조절할 수 있는 조절 모듈(100)을 포함하는, 전기 변환기(90).
  9. 제7항에 따른 전력 공급 시스템의 공조 유닛을 제어하기 위한 유닛(82)에 있어서,
    상기 컴프레서에 공급되는 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수, 상기 공조 유닛이 설치된 상기 차량 안에서 측정된 온도, 및 기준 온도에 따라 상기 조절 메커니즘을 제어할 수 있는, 공조 유닛을 제어하기 위한 유닛(82).
  10. 제9항에 따른 제어 유닛을 포함하는, 공조 유닛(42).
  11. 제1항 내지 제7항에 따른 전력 공급 시스템에 의해 철도 열차에 전력을 공급하기 위한 방법에 있어서,
    각각의 공조 유닛에 의해 전송된 전력에 대한 요구에 따라 상기 제1의 3상 전력 공급 네트워크에 의해 공급된 3상 전압의 진폭 및/또는 주파수를 조절하는 단계(132)를 포함하는 철도 열차에 전력을 공급하기 위한 방법.
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