KR20080004400A - 전동차 구동 제어 장치 - Google Patents

전동차 구동 제어 장치 Download PDF

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이쿠오 야스오카
요스케 나카자와
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Abstract

구동 모터로서 채용된 영구 자석 동기 모터를 갖는 열차 구동 시스템에서, 유도 모터의 경우와 같은 집중 제어와 유사한 제어를 허용하여 상기 시스템의 비용 절감 및 설치 면적의 최소화를 가능하게 하는 구성을 허용하는 전동차 구동 제어 장치를 제공하기 위해, 복수의 영구 자석 동기 모터(17~20)는 차량 구동 모터로서 설치되고, 복수의 VVVF 인버터(9~12)는 상기 복수의 영구 자석 동기 모터를 1대1 대응 방식으로 개별적으로 구동하도록 조절되고, 상기 복수의 VVVF 인버터는 2개 이상의 VVVF 인버터로 각각 구성된 복수의 제어 유닛으로 그룹화되고, 복수의 게이트 제어기(22,23)는 각각의 제어 유닛당 하나씩 설치된다.
영구 자석 동기 모터, VVVF 인버터, 게이트 제어기, 인버터 개방 접촉기

Description

전동차 구동 제어 장치{ELECTRIC MOTOR CAR DRIVE CONTROL APPARATUS}
본 발명은 기관차 또는 기동차를 구동하는 열차 구동 시스템을 제어하는 전동차 구동 제어 장치에 관한 것으로서, 구동 모터로서 각각 구성된 복수의 영구 자석 동기 모터(도면에서는 "PMSM"로 지칭), 및 대응하는 영구 자석 동기 모터의 개별 구동을 위해 각각 조절되는 복수의 VVVF(가변 전압 가변 주파수) 인버터를 포함한다.
구동 모터로서 유도 모터(도면에서는 "IM")를 채용하는 관련 기술에 따르면, 2개 또는 4개의 유도 모터가 제어 유닛으로서 병렬로 접속되어 단일 VVVF 인버터로 제어된다. 따라서, 임의의 유도 모터에 고장이 발생하면, 고장이 발생한 유도 모터가 속하는 제어 유닛에서의 전체 유도 모터는 연관된 인버터와 함께 개방된다.
도 1은 집전기(1), 고속 누전 차단기(2), 전하 저항(3), 및 전하 저항 단락 접촉기(4)로 구성되며, 외부 dc(직류) 전원으로부터 전기를 공급받도록 구성된 전원 공급 라인; 휠(21)을 포함한 접지 라인; 개방 접촉기(5,6), 필터 반응기(40,41), 필터 커패시터(7,8), 및 VVVF 인버터(9,10)로 각각 구성되고, 전원 공급 라인 및 접지 라인 사이에 병렬로 접속된 2개의 인버터 회로; VVVF 인버 터(9,10)에 의해 동시에 각각 구동되는 2세트의 유도 모터(28,29, 및 30,31); 및 VVVF 인버터(9,10)의 게이트 제어를 위해 조절되는 2개의 게이트 제어기(26,27)를 각각 포함하는 관련 기술에 따른 전동차 구동 제어 장치를 나타낸다.
도 2는 집전기(1), 고속 누전 차단기(2), 전하 저항(3), 및 전하 저항 단락 접촉기(4)로 구성되며, 외부 dc 전원으로부터 전기를 공급받도록 구성된 전원 공급 라인; 휠(21)을 포함한 접지 라인; 전원 공급 라인에 접속된 필터 반응기(42)로 구성된 단일 인버터 회로, 및 필터 반응기(42)와 접지 라인 사이에 병렬로 접속된 필터 커패시터(24)와 VVVF 인버터(9)의 조합; VVVF 인버터(9)에 의해 동시에 구동되는 한 세트의 4개의 유도 모터(28,29,30,31); 및 VVVF 인버터(9)의 게이트 제어를 위해 조절되는 게이트 제어기(33)를 포함하는 다른 관련 기술에 따른 전동차 구동 제어 장치를 나타낸다.
더 나은 설명을 위해, 지금부터 유도 모터(28,29,30,31)는 IM(1), IM(2), IM(3), 및 IM(4)로 각각 나타낸다. 도 1에서 유도 모터 IM(1), IM(2), IM(3), 및 IM(4)은 2개의 모터의 제어 유닛에 의한 트럭 제어(truck control)를 위해 배치된다. 도 2에서, 유도 모터 IM(1), IM(2), IM(3), 및 IM(4)은 4개의 모터의 제어 유닛에 의한 집중 제어를 위해 배치된다.
일본특허출원공개공보 제2005-328619호(일본특허출원 제2004-143577호)에 나타낸 바와 같이, 영구 자석을 사용하는 동기 모터가 구동 모터로서 채용될 수 있다. 이러한 경우, 소위 개별 제어를 실행하기 위해, 각각의 영구 자석 동기 모터는 회전자의 회전에 따라 VVVF 인버터로부터 공급된 전압에 의한 제어를 필요로 하 고, 한 모터당 단일 전용 VVVF 인버터의 설치가 요구된다. 이 개별 제어에서, 임의의 모터에 고장이 발생하면, 소위 개별 개방을 허용하는 개방이 한 유닛의 트럭에 의해 이루어지게 된다.
이렇게, 도 3에 나타낸 바와 같이, 인버터의 게이트 제어용 게이트 제어기뿐만 아니라 VVVF 인버터용 개방 접촉기의 수는 제어되는 모터의 수와 동일해져야만 하는 소위 개별 제어를 위한 구성을 필요로 한다.
도 3은 다른 관련 기술에 따른 구동 모터로서 영구 자석 동기 모터를 갖는 열차 구동 시스템에서의 전동차 구동 제어 장치를 나타낸다. 이 전동차 구동 제어 장치는 집전기(1), 고속 누전 차단기(2), 전하 저항(3), 및 전하 저항 단락 접촉기(4)로 구성되며, 외부 dc 전원으로부터 전기를 공급받도록 구성된 전원 공급 라인; 휠(21)을 포함한 접지 라인; 개방 접촉기(5,6,38,39), 필터 반응기(40,41,45,46), 필터 커패시터(7,8,43,44), 및 VVVF 인버터(9,10,11,12)로 각각 구성되고, 전원 공급 라인과 접지 라인 사이에 병렬로 접속된 4개의 인버터 회로; VVVF 인버터(9,10,11,12)에 의해 각각 구동되기 위해, 3상 부하 접촉기(13,14,15,16)를 통하여 VVVF 인버터(9,10,11,12)의 ac(교류) 단부에 각각 접속된 4개의 영구 자석 동기 모터(17,18,19,20); VVVF 인버터(9,10,11,12)의 개별 게이트 제어를 위해 조절되는 4개의 게이트 제어기(34,35,36,37)를 각각 포함한다.
이와 같이, 관련 기술에 따른 구동 모터로서 채용된 영구 자석 동기 모터를 갖는 열차 구동 시스템에서는, 인버터의 게이트 제어용 게이트 제어기뿐만 아니라 VVVF 인버터용 개방 접촉기의 수가 모터의 수와 동일할 것이 요구되는 개별 제어를 위한 구성이 필요하게 되어 비용이 증가하고 설치 면적이 증대된다는 문제점이 있다.
본 발명은 관련 기술에서의 이러한 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 구동 모터로서 채용된 영구 자석 동기 모터를 갖는 열차 구동 시스템에서, 개별 개방이 각각의 모터에 대하여 요구되지 않는 경우, 임의의 모터의 고장시에 유도 모터의 경우와 같은 집중 제어와 유사한 제어를 허용하는 구성을 가능하게 하는 전동차 구동 제어 장치를 제공하는 것에 있고, 이렇게 함으로써 시스템의 비용 절감 및 설치 면적의 최소화가 가능해진다.
본 발명의 한 형태는 차량 구동 모터로서 설치된 복수의 영구 자석 동기 모터, 복수의 영구 자석 동기 모터를 1대1 대응 방식으로 구동하도록 조절되는 복수의 VVVF 인버터, 2개 이상의 VVVF 인버터로 각각 구성된 복수의 제어 유닛으로 그룹화된 복수의 VVVF 인버터, 및 각각의 제어 유닛을 위해 하나씩 설치된 복수의 게이트 제어기를 포함하는 전동차 구동 제어 장치이다.
본 발명의 전동차 구동 제어 장치에 따르면, 복수의 영구 자석 동기 모터는 복수의 VVVF 인버터에 의해 개별적으로 각각 제어될 수 있고, 2개 이상의 복수의 VVVF 인버터는 단일 게이트 제어기에 의해 동시에 각각 제어될 수 있으므로, 제어 유닛의 VVVF 인버터의 수로 나눈 소부분과 동일한 수의 게이트 제어기의 간단한 설치를 잘 동작할 수 있어, 복수의 VVVF 인버터와 동일한 수의 게이트 제어기를 필요 로 하지 않고, 시스템의 비용 절감 및 설치 면적의 최소화가 가능해진다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 동일한 부재 또는 구성요소는 동일한 참조 부호에 의해 지시한다.
(제 1 실시예)
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동차 구동 제어의 구성을 나타낸다. 이 실시예에서, 전동차 구동 제어 장치는 집전기(1), 고속 누전 차단기(2), 전하 저항(3), 및 전하 저항 단락 접촉기(4)로 구성되며 외부 dc 전원으로부터 전기를 공급받도록 구성된 전원 공급 라인; 휠(21)을 포함한 접지 라인, 개방 접촉기(5,6), 필터 반응기(40,41), 필터 커패시터(7,8) 및 2 세트의 VVVF 인버터(9,10 및 11,12)로 각각 구성되고 전원 공급 라인과 접지 라인 사이에 병렬로 접속된 2개의 인버터 회로; VVVF 인버터(9,10,11,12)에 의해 각각 구동되도록 하기 위해 3상 부하 접촉기(13,14,15,16)를 통하여 VVVF 인버터(9,10,11,12)의 ac 단부에 각각 접속된 4개의 영구 자석 동기 모터(17,18,19,20); 한 세트로 2개의 인버터의 제어 유닛에 의해 VVVF 인버터(9,10,11,12)의 게이트 제어를 하는데 적합한 2개의 게이트 제어기(22,23)를 포함한다. 게이트 제어기(22,23), 필터 커패시터(7,8), 및 개방 접촉기(5,6)와 필터 반응기(40,41)의 조합은 VVVF 인버터(9,10, 및 11,12)의 세트에 각각 공통된다. 게이트 제어기(22,23)는 VVVF 인버터(9,10, 및 11,12)의 세트를 각각 개별적으로 제어하는 적합한 CPU(중앙 처리부)를 갖는다.
상술한 전동차 구동 제어 장치에서, 게이트 제어기(22)는 VVVF 인버터(9,10) 의 세트의 양 게이트를 제어하도록 구성된다. 하나의 제어 유닛 중 어느 하나의 인버터, 예를 들면 VVVF 인버터(9)가 고장난 경우, 양 영구 자석 동기 모터(17,18)를 개방함과 동시에, 게이트 제어기(22)는 그 제어 유닛과 연관된 개방 접촉기(5)를 개방하도록 동작됨으로써, 제어 유닛을 구성하는 2개의 VVVF 인버터(9,10)를 정지시킨다. 즉, 이 실시예에 따른 전동차 구동 제어 장치는 일종의 트럭 개방을 실행하기 위한 제어에 적합하다.
본 실시예에 따르면, 개방 접촉기의 수뿐만 아니라 게이트 제어기의 수를 제어 유닛에서의 VVVF 인버터의 수로 나눈 소부분으로 감소시킬 수 있는데, 즉 관련 기술에 따른 영구 자석 동기 모터를 채용한 전동차 구동 제어 장치의 수에 비하여 1/2로 감소시킬 수 있고, 따라서 영구 자석을 사용한 동기 모터에 대해서도, 유도 모터의 트럭 제어와 더욱 유사한 주요 회로 구성을 가능하게 할 수 있고, 시스템의 비용 절감 및 설치 면적의 최소화가 가능해진다.
본 실시예에서 게이트 제어기(22,23)는 이를 위해 채용된 CPU를 갖는데, 이 CPU는 복수의 모터를 각각 제어할 수 있고, 휠 슬립 및 스키드 제어(wheel slip and skid control)로 4개의 모터의 속도를 신속히 인식하도록 조절되어, 이들 모터 간의 속도 차를 즉각적으로 감지함으로써 고속 슬립 및 스키드 제어를 행할 수 있다.
(제 2 실시예)
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전동차 구동 제어 장치의 구성을 나타낸다. 이 실시예에서, 전동차 구동 제어 장치는 집전기(1), 고속 누전 차단기(2), 전하 저항(3), 및 전하 저항 단락 접촉기(4)로 구성되며 외부 dc 전원으로부터 전기를 공급받도록 구성된 전원 공급 라인; 휠(21)을 포함한 접지 라인; 전원 공급 라인에 접속된 단일 필터 반응기(42), 및 단일 필터 커패시터(24) 및 필터 반응기(42)와 접지 라인 사이에 병렬로 접속된 4개의 VVVF 인버터(9,10,11,12)의 조합으로 구성된 단일 인버터 회로; VVVF 인버터(9,10,11,12)에 의해 구동되도록, 3상 부하 접촉기(13,14,15,16)를 통하여 VVVF 인버터(9,10,11,12)의 ac 단부에 각각 접속된 4개의 영구 자석 동기 모터(17,18,19,20); 및 한 세트로 4개의 인버터의 제어 유닛에 의해 VVVF 인버터(9,10,11,12)의 게이트 제어를 위해 적합한 단일 게이트 제어기(25)를 포함한다. 즉, 게이트 제어기(25)와 필터 커패시터(24)는 4개의 VVVF 인버터(9~12)에 공통된다. 이 실시예에서는 또한, 집전기(1), 고속 누전 차단기(2), 전하 저항(3), 및 전하 저항 단락 접촉기(4)가 4개의 VVVF 인버터(9~12)에 공통되고, 이 실시예서는 또한, 필터 반응기(42)가 공통된다. 도 5의 실시예에 나타낸 공통 개방 접촉기는 없다.
본 실시예에서, 단일 게이트 제어기(25)는 4개의 VVVF 인버터(9~12)의 개별 제어를 위해 조절되는 통합 CPU로 구성된다.
이 실시예에 따른 전동차 구동 제어 장치에서, 단일 게이트 제어기(25)는 제어 유닛에서 4개의 VVVF 인버터(9~12) 중 개개의 게이트를 제어하도록 구성된다. 이 경우, 제어 유닛에서, 임의의 VVVF 인버터, 예를 들면 VVVF 인버터(9)가 고장난다면, 그 후 개방 접촉기가 설치되지 않은 전체 시스템을 개방하기 위한 제어 동작이 행해진다. 즉, 이 실시예에서, 전동차 구동 제어 장치는 일종의 집중 제어를 실행하는데 적합하다.
전동차 구동 제어 장치의 이 실시예에 따르면, 게이트 제어기의 수를 관련 기술에서의 게이트 제어기의 수의 1/4로 감소시킬 수 있으므로, 영구 자석을 사용한 동기 모터에 대해서도, 유도 모터의 집중 제어와 더욱 유사한 주요 회로 구성이 가능하게 되어, 비용 절감 및 설치 면적의 최소화가 가능해진다.
본 발명의 바람직한 실시예는 특정 용어를 사용하여 설명했지만, 이러한 설명은 실증을 위한 목적에 불과하고, 하기의 청구범위의 요지를 벗어나지 않는 한도 내에서 변경 및 변형이 가능하다.
도 1은 관련 기술에 따른 유도 모터의 트럭 제어를 위해 구성된 전동차 구동 제어 장치의 블록도.
도 2는 다른 관련 기술에 따른 유도 모터의 집중 제어를 위해 구성된 전동차 구동 제어 장치의 블록도.
도 3은 다른 관련 기술에 따라 영구 자석 동기 모터로 구성된 전동차 구동 시스템의 전동차 구동 제어 장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동차 구동 제어 장치의 블록도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전동차 구동 제어 장치의 블록도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 ‥‥ 집전기 2 ‥‥ 고속 누전 차단기
3 ‥‥ 전하 저항 4 ‥‥ 전하 저항 단락 접촉기
5,6 ‥‥ 개방 접촉기 7,8 ‥‥ 필터 커패시터
9,10,11,12 ‥‥ VVVF 인버터 13,14,15,16 ‥‥ 3상 부하 접촉기
17,18,19,20 ‥‥ 영구 자석 동기 모터
21 ‥‥ 휠 22,23 ‥‥ 게이트 제어기
40,41 ‥‥ 필터 반응기

Claims (4)

  1. 차량 구동 모터로서 설치된 복수의 영구 자석 동기 모터,
    상기 복수의 영구 자석 동기 모터를 1대1 대응 방식으로 개별적으로 구동하도록 조절되는, 2 이상의 VVVF 인버터로 각각 구성된 복수의 제어 유닛으로 그룹화된 복수의 VVVF 인버터, 및
    각각의 제어 유닛당 하나씩 설치된 복수의 게이트 제어기를 포함하는 전동차 구동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    VVVF 인버터의 각 제어 유닛당 하나씩 설치되고, VVVF 인버터의 대응 제어 유닛의 전원으로부터 동시 개방을 위해 각각 조절되는 복수의 인버터 개방 접촉기를 더 포함하는 전동차 구동 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 VVVF 인버터는 2개의 VVVF 인버터로 각각 구성된 복수의 제어 유닛으로 그룹화된 전동차 구동 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 VVVF 인버터는 4개의 VVVF 인버터로 각각 구성된 복수의 제어 유닛으로 그룹화된 전동차 구동 제어 장치.
KR1020070067233A 2006-07-05 2007-07-04 전동차 구동 제어 장치 KR20080004400A (ko)

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