KR20100009636A - 교류 전기차의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

역행 및 회생 운전이 가능하고, 교류 전력을 공급하는 교류 가선에 있어서 정전을 검출할 수 있는 교류 전기차의 제어 장치에 있어서, 교류 가선에 있어서 정전 검출을 신속하고 확실하게 행하는 것이다. 전기차 제어 장치(8)에 구비되는 정전 검지기(14)는 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)로부터 특정 주파수 설정값(26)에 상당하는 전류 성분을 추출하고, 추출된 신호를 특정 주파수 전류 신호(18)로서 출력하는 특정 주파수 신호 연산부(16)와, 특정 주파수 전류 신호(18)로부터 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)를 감산하고, 그 감산 결과를 전류 편차(2O)로서 출력하는 감산기(19)와, 전류 편차(2O)와 소정의 정전 검지 설정값(22)을 비교하여 전류 편차(2O)가 정전 검지 설정값(22)보다도 클 때에 정전 검지 신호(15)를 출력하는 정전 검지부(23)를 구비한다.

Description

교류 전기차의 제어 장치{CONTROLLER FOR AC ELECTRIC TRAIN}

본 발명은 교류 전동기로 구동되는 교류 전기차의 제어 장치에 관한 것이며, 특히 교류 전력을 공급하는 가선(架線)(이하「교류 가선」이라 함)에 있어서 정전(停電) 검지 기능을 가지는 교류 전기차의 제어 장치에 관한 것이다.

종래 기술에 의한 교류 전기차의 제어 장치에서는, 먼저 변전소로부터 교류 가선에 인가되는 어떤 특정 주파수 성분의 전류 신호에 대해, 주변압기의 입력측 검파기(檢波器)를 이용하여 변전소에서 중첩된 특정한 주파수 성분의 유무를 검출한다. 그리고, 궤전계(饋電系)의 차단기 개방 등에 의해, 당해 검파기가 검출하고 있는 어떤 특정 주파수 성분의 전류 신호를 검출할 수 없었던 것에 의해 정전 검지를 행하고 있다(예를 들어 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특개평 6-197401호 공보(제3페이지, 도 2)

그렇지만 상기 특허 문헌 1로 대표되는 바와 같은 종래 기술에 따른 교류 전기차의 제어 장치에서는, 주변압기의 입력측에 마련된 검파기에 흐르는 어떤 특정 주파수의 전류 검출 결과의 유무를 정전 검지의 판정값으로 하고 있기 때문에, 복수의 전기차가 변전소의 부하로서 접속되어 있는 경우에, 검파기의 전류값이 큰 것에 의한 정전 검지의 오검지(誤檢知)에 의해, 전기차의 운행에 지연이 발생하여 전 기차의 원활한 운행에 지장이 발생한다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 이 종래 수법에 있어서, 정전 검지 설정값을 변경하여 오검지의 확률을 낮게 하는 값으로 설정하는 것도 고려될 수 있으나, 이 경우에는 궤전 회로 차단시의 정전 검지가 지연되어 조건에 따라서는 변전소 등의 지상 설비에 과대 전류가 흘러, 장치의 고장을 초래할 가능성이 있다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것으로서, 전류 신호를 이용하여 정전 검지를 행하는 경우에, 종래 기술보다도 신속하고 확실하게 정전 검지를 행할 수 있는 교류 전기차의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 교류 전기차의 제어 장치는 교류 가선으로부터 변압기를 통하여 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와; 상기 컨버터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전동기에 출력하는 인버터와; 상기 변압기의 출력 전류를 검출하는 전류 검출기와; 상기 전류 검출기가 검출한 검출 전류 신호에 기초하여 상기 컨버터의 출력을 제어하는 컨버터 제어기, 및 이 검출 전류 신호에 기초하여 상기 교류 가선에 생긴 정전을 검출하는 정전 검지기를 구비하는 제어부를 구비한 교류 전기차의 제어 장치에 있어서, 상기 정전 검지기는, 상기 검출 전류 신호로부터 소정의 특정 주파수 설정값에 상당하는 전류 성분을 추출하고, 이 추출된 신호를 특정 주파수 전류 신호로서 출력하는 특정 주파수 신호 연산부와; 상기 특정 주파수 전류 신호로부터 상기 검출 전류 신호를 감산하고, 그 감산 결과를 전류 편차로서 출력하는 감산기와; 상기 전류 편차와 소정의 정전 검지 설정값을 비교하여 이 전류 편차가 이 정전 검지 설정값보다도 클 때에 정전 검지 신호를 출력하는 정전 검지부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 교류 전기차의 제어 장치에 의하면, 역행(力行) 및 회생 운전이 가능하고, 교류 전력을 공급하는 교류 가선에 있어서 정전을 검출할 수 있는 교류 전기차의 제어 장치에 있어서, 변압기의 출력 전류를 검출한 검출 전류 신호로부터 소정의 특정 주파수 설정값에 상당하는 전류 성분을 특정 주파수 전류 신호로서 추출함과 아울러, 이 추출된 특정 주파수 전류 신호로부터 검출 전류 신호를 감산한 감산 결과인 전류 편차가 소정의 정전 검지 설정값보다도 클 때에 정전 검지 신호를 출력하도록 하고 있으므로, 교류 가선에 있어서 정전 검출을 신속하고 확실하게 행할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 교류 전기차의 구동계 및 제어계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1에 나타낸 정전 검지기의 세부 구성을 나타내는 도면이다.

<부호의 설명 >

1 교류 가선

2 집전기(集電器)

3 주변압기

4 PWM 컨버터

5 주변압기 출력 전압

6 전류 검출기

7 주변압기 출력 전류 검출 신호

8 전기차 제어 장치

9 컨버터 제어기

10 인버터

11 직류 출력 전압

12 게이트 허가 신호

13 전동기

14 정전 검지기

15 정전 검지 신호

16 특정 주파수 신호 연산부

18 특정 주파수 전류 신호

19 감산기

20 전류 편차

21 정전 검지 설정부

22 정전 검지 설정값

23 정전 검지부

25 특정 주파수 설정부

26 특정 주파수 설정값

31 차륜(車輪)

32 레일

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 교류 전기차의 제어 장치를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(교류 전기차의 구성)

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 교류 전기차의 구동계 및 제어계의 구성을 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, 교류 전기차의 구동계에서는, 교류 전력을 입력으로 하는 주변압기(3), 주변압기(3)의 교류 출력을 입력으로 하는 PWM 컨버터(4), PWM 컨버터(4)의 직류 출력을 입력으로 하는 인버터(10), 및 인버터(10)의 교류 출력에 의해 구동되는 1대 이상의 전동기(13)를 구비하여 구성된다. 또한, 전동기(13)로서는 유도 전동기나 동기 전동기가 매우 적합하다.

한편, 교류 전기차의 제어계에서는 주변압기(3)의 출력 전류를 검출하는 전류 검출기(6) 및 전류 검출기(6)의 출력인 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)에 기초하여 PWM 컨버터(4)를 제어하는 전기차 제어 장치(8)를 구비하여 구성된다. 또, 전기차 제어 장치(8)는 컨버터 제어기(9) 및 정전 검지기(14)를 구비하고 있고, 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)가 컨버터 제어기(9) 및 정전 검지기(14)의 쌍방에 입력되도록 구성되어 있다.

또, 주변압기(3)의 1차측의 일단(一端)은 집전기(2)를 통하여 교류 가선(1) 에 접속되고, 타단(他端)은 차륜(31)을 통하여 대지(大地) 전위인 레일(32)에 접속되어 있다. 즉, 변전소(도시 생략)로부터의 송전(送電) 전력은 교류 가선(1), 집전기(2), 차륜(31) 및 레일(32)을 통하여 수전(受電)하도록 구성되어 있다.

(교류 전기차의 동작)

다음에, 교류 전기차의 동작에 대하여 통상시(비정전시)의 동작 및 정전시에 있어서 정전 검출시의 동작으로 나누어 설명한다.

(통상시의 동작)

먼저, 통상시(비정전시)의 동작에 대해 설명한다. 교류 가선(1)으로부터 집전기(2)를 통하여 집전된 교류 전력이 주변압기(3)에 공급되면, 주변압기(3)는 강압(降壓)된 교류 전압을 주변압기 출력 전압 5로서 PWM 컨버터(4)에 출력한다. PWM 컨버터(4)는 입력된 주변압기 출력 전압(5)을 원하는 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 직류 출력 전압(11)으로서 인버터(10)에 출력한다. 한편, 전류 검출기(6)는 주변압기(3)와 PWM 컨버터(4)를 접속하는 모선(母線) 사이에 흐르는 전류를 검출함과 아울러, 검출한 신호를 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)로서 전기차 제어 장치(8)의 컨버터 제어기(9) 및 정전 검지기(14)에 출력한다. 컨버터 제어기(9)는 주변압기 풀력 전류 검출 신호(7)에 기초하여, PWM 컨버터(4)가 주변압기 출력 전압(5)을 이용하여 생성하는 직류 출력 전압(11)을 일정값으로 유지하기 위한 게이트 허가 신호(12)의 출력 제어를 행한다. 즉, PWM 컨버터(4)로부터 인버터(10)에 출력되는 직류 출력 전압(11)은 컨버터 제어기(9)로부터 출력되는 게이트 허가 신호(12)에 의해 그 출력 레벨이 제어된다. 인버터(10)는 입력된 직류 출력 전압(11)을 원하는 주파수 및 원하는 전압의 교류 전압으로 변환하여 전동기(13)에 출력한다. 전동기(13)는 입력된 교류 전압을 이용하여 전기차의 주행을 제어한다.

또한, 전기차의 역행시(가속 제어시)에는 상기와 같은 전력 변환을 행하여 전동기(13)를 가속시키나, 브레이크 시(감속 시)에는 전동기(13)를 발전기로서 작용시킨다. 이 때, 인버터(10)는 컨버터 동작을 행하고, PWM 컨버터(4)는 인버터 동작을 행하여 교류 전력 회생 브레이크를 작용시킨다.

(정전 검출시의 동작)

다음에, 정전 검출시의 동작에 대해 설명하나, 그 전에 정전 검출을 확실 또한 신속하게 행해야 하는 이유에 대해 설명한다. 지금, 지상 설비 등의 사고로 변전소의 차단기가 오프로 된 경우를 생각한다. 이 때, 교류 전력 회생 브레이크를 작용시키고 있는 차량도 있고, 역행하고 있는 차량도 있으므로, 전기차에 공급되는 전력이 전력적으로 밸런스될 가능성이 있고, 지상 장치측에서의 정전 검출이 지연된다. 이 때문에, 정전 시에는 지상 장치측뿐만 아니라, 전기차측에 있어서도, 정전의 검출을 신속하고 확실하게 행하여 회생 브레이크 동작을 신속하게 정지할 필요가 있다.

또한, 정전 검출의 확실성(안정성)을 구하려고 하면 정전 검출에 지연이 발생하고, 반대로 정전 검출의 속도를 올리려고 하면 정밀도가 유지되지 않는 결과로 된다. 종래 기술에서는 이러한 관점을 양립시킨 제어를 행할 수 없었으나, 본 실시 형태의 제어 장치에서는 정전 검출의 확실성과 신속성을 양립시킨 제어를 가능하게 하는 것이다.

도 1에 돌아와, 교류 가선(1)의 정전이 발생한 경우에는, 정전 검지기(14)로부터 컨버터 제어기(9)에 대하여 정전 검지 신호(15)가 출력된다. 또한, 이 정전 검지 신호(15)는 전류 검출기(6)가 검출한 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)를 이용하여 생성된다. 컨버터 제어기(9)는 입력된 정전 검지 신호(15)에 기초하여 게이트 허가 신호(12)의 출력을 완전히 정지시킨다.

(정전 검지기의 세부 구성)

다음에, 정전 검지기(14)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 나타내는 정전 검지기(14)의 세부 구성을 나타내는 도면이다.

도 2에 있어서, 정전 검지기(14)는 특정 주파수를 나타내는 설정값(이하 「특정 주파수 설정값」라 함; 26)을 출력하는 특정 주파수 설정부(25), 정전을 전류값 레벨로 판정하기 위한 문턱값으로 되는 정전 검지 설정값(22)을 출력하는 정전 검지 설정부(21), 주변압기 출력 전류 검출 신호(7) 및 특정 주파수 설정값(26)을 입력 신호로 하는 특정 주파수 신호 연산부(16), 주변압기 출력 전류 검출 신호(7) 및 특정 주파수 신호 연산부(16)의 출력 신호인 특정 주파수 전류 신호(18)를 입력 신호로 하는 감산기(19), 정전 검지 설정값(22) 및 감산기(19)의 출력 신호인 전류 편차(20)를 입력 신호로 하는 정전 검지부(23)를 구비하고 있고, 정전 검지부(23)의 출력이 상술한 정전 검지 신호(15)로서 출력된다.

또한, 특정 주파수 설정부(25)가 출력하는 특정 주파수 설정값(26) 및 정전 검지 설정부(21)가 출력하는 정전 검지 설정값(22)에 대해서는 궤전 설비에 있어서 이용 주파수나 공급 전력, 동시에 운행되는 차량 편성 수, 편성 차량의 타입 등에 대응하여 임의의 값으로 설정하는 것이 가능하다.

(정전 검지기의 동작)

다음에, 정전 검지기(14)의 동작에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 특정 주파수 신호 연산부(16)는 전류 검출기(6)로부터 출력된 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)로부터, 특정 주파수 설정값(26)에 상당하는 전류 성분을 추출하고, 당해 전류 성분을 특정 주파수 전류 신호(18)로서 감산기(19)에 출력한다. 감산기(19)는 특정 주파수 전류 신호(18)로부터 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)를 감산하고, 그 감산 결과를 전류 편차(20)로서 정전 검지부(23)에 출력한다.

정전 검지부(23)에서는 전류 편차(20)와 정전 검지 설정값(22)의 크기가 비교된다. 전류 편차(20)가 정전 검지 설정값(22)보다도 큰 경우에는, 정전으로 판단되어 정전 검지 신호(15)가 컨버터 제어기(9)에 출력된다. 한편, 전류 편차(20)가 정전 검지 설정값(22)보다도 작은 경우에는, 정전이 아니라고 판단되어 정전 검지 신호(15)는 출력되지 않는다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 교류 전기차의 제어 장치에서는, 전기차 제어 장치(8)에 구비된 정전 검지기(14)가 교류 가선(1)의 정전을 신속하고 확실하게 검출하고, 정전이 검출된 경우에는 PWM 컨버터(4)의 동작을 정지시키므로, 교류 가선(1)으로부터 전력의 공급을 받고 있는 전기차의 회생 브레이크 동작은 기능하지 않는다. 그 결과, 교류 가선(1)에 흐르는 교류 전력은 저하하고, 지상 장치측에 있어서 정전 검출도, 신속하고 확실하게 행해진다.

또, 도 2에 나타내는 정전 검지기(14)에서는 주변압기(3)의 출력에 흐르는 전류 신호(주변압기 출력 전류 검출 신호(7))를 특정 주파수 설정값(26)과 비교함과 아울러, 그 비교 출력을 다시 자신의 출력, 즉 주변압기 출력 전류 검출 신호(7)로 감산 처리하고 있으므로, 비정전시와 정전시의 경우 출력차를 크게 할 수 있다(비정전시의 경우에는 감산기의 출력은 작고, 정전시의 경우에는 감산기의 출력은 커진다). 이 때문에, 정전 검지를 위한 문턱값(정전 검지 설정값(22))을 크게 설정할 수 있으며, 검출 감도나 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 복수 차량의 운전에 의한 오검지 및 정전 검지 지연을 억제하는 것이 가능하게 되며, 변전소등의 지상설비의 장해 방지, 및 차량 운행의 안정화를 실현하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 교류 전기차의 제어 장치는 전류 신호를 이용하여 정전 검지를 행하는 경우에, 신속하고 확실하게 정전 검지를 행할 수 있는 발명으로서 유용하다.

Claims (2)

1. 교류 가선(架線)으로부터 변압기를 통하여 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와,

   상기 컨버터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전동기에 출력하는 인버터와,

   상기 변압기의 출력 전류를 검출하는 전류 검출기와,

   상기 전류 검출기가 검출한 검출 전류 신호에 기초하여 상기 컨버터의 출력을 제어하는 컨버터 제어기, 및 이 검출 전류 신호에 기초하여 상기 교류 가선에 생긴 정전(停電)을 검출하는 정전 검지기를 구비하는 제어부를 구비한 교류 전기차의 제어 장치에 있어서,

   상기 정전 검지기는

   상기 검출 전류 신호로부터 소정의 특정 주파수 설정값에 상당하는 전류 성분을 추출하고, 이 추출한 신호를 특정 주파수 전류 신호로서 출력하는 특정 주파수 신호 연산부와,

   상기 특정 주파수 전류 신호로부터 상기 검출 전류 신호를 감산하고, 그 감산 결과를 전류 편차로서 출력하는 감산기와,

   상기 전류 편차와 소정의 정전 검지 설정값을 비교하여 이 전류 편차가 상기 정전 검지 설정값보다도 클 때에 정전 검지 신호를 출력하는 정전 검지부를 구비한 것을 특징으로 하는 교류 전기차의 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 정전 검지기는 상기 특정 주파수 설정값 및 상기 정전 검지 설정값이 가변 가능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류 전기차의 제어 장치.

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