KR20110014634A

KR20110014634A - 복수의 권선 시스템을 구비한 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로

Info

Publication number: KR20110014634A
Application number: KR1020107027278A
Authority: KR
Inventors: 알프레드 호프만; 젠스 비에토스카
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2011-02-11
Also published as: CN102017352B; KR101592054B1; WO2009135736A1; EP2272147A1; CN102017352A; DE102008022077A1

Abstract

본 발명은 복수의, 바람직하게는 2개의 권선 시스템, 특히 회전 전류 권선 시스템을 구비한 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로에 관한 것이며, 이 경우 고유의 컨버터, 바람직하게는 전압 중간 회로 및 상류 접속된 다이오드 정류기를 구비한 펄스 폭 변조된 회전 전류 컨버터가 각각의 권선 시스템에 할당되고, 하나 이상의 컨버터의 입력측은 동기화되지 않은 상이한 전압 공급 시스템에 연결될 수 있다.

Description

복수의 권선 시스템을 구비한 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로{CIRCUITRY FOR FEEDING A DRIVE MACHINE HAVING A PLURALITY OF WINDING SYSTEMS}

본 발명은 복수의, 바람직하게는 2개의 권선 시스템, 특히 회전 전류 권선 시스템을 구비한 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로에 관한 것이며, 이때 각각의 권선 시스템에는 고유의 컨버터, 바람직하게는 전압 중간 회로 및 상류 접속된 다이오드 정류기를 구비한 펄스 폭 변조된 회전 전류 컨버터가 각각의 권선 시스템에 할당된다.

많은 경우들에서 구동 시스템들은 신뢰도를 최우선 순위에 둔다. 예컨대 최근 선박에서는 소위 디젤 전기 구동기가 매우 널리 확산되어 있으며, 이 경우 하나 이상의 디젤 제너레이터 등은 하나 이상의 전기 시스템에 전류를 공급하고, (다른 소모 장치 외에도) 하나 이상의 전기 구동 모터들이 상기 전기 시스템으로부터 다시 에너지를 얻는다. 하나 이상의 구동 모터가 고장 나면, 해당 선박은 그 목적지에 도달할 수 없으며, 오히려 상기 선박이 조난에 처하게 되어 시간 및 비용이 많이 드는 일련의 구조 조치가 개시된다.

선박의 내장 전기 시스템(그러나 항공기, 산업 설비 등에도 해당됨)에는 서로 무관한 그리고 상이한 복수의 전압 공급 시스템들이 종종 제공된다. 상기 전압 공급 시스템들 중 1개가 고장나면, 상기의 고장난 전압 공급 시스템에 의존하는 모든 소모 장치들이 오작동하게 된다. 따라서, 예컨대 복수의 디젤 제너레이터와 복수의 선박 프로펠러를 구비한 선박의 경우 가급적 각각의 파워 트레인이 상이한 하나의 전압 공급 시스템에 접속하게 된다. 이러한 유형의 선박에서 예컨대 해당 제너레이터에서의 결함으로 인해 1개의 전압 공급 시스템이 고장 나면, 상기 전압 공급 시스템에 접속된 구동 모터들이 정지한다. 따라서 2개의 전압 공급 시스템 및 2개의 구동 모터의 경우, 해당 제너레이터가 더 높은 출력을 발생시킬 수 있더라도, 최대 1개의 구동 모터가 제공되는데 즉, 구동 출력의 최대 50%가 제공된다. 이로써, 도달할 수 있는 항해 속도가 대략 절반의 속도로 감소하며, 항해 지속 시간은 대략 2배의 값으로 길어진다.

그러나 구동 시스템의 이용 가능성을 높이기 위해 2개의 권선 시스템, 특히 회전 전류 권선 시스템을 구비한 구동 모터를 제공하는 것이 공지되어 있으며, 이때 각각의 권선 시스템에는 고유의 컨버터, 바람직하게는 전압 중간 회로와 상류 접속된 다이오드 정류기를 구비한 펄스 폭 변조된 회전 전류 컨버터가 각각의 권선 시스템에 할당된다. 그러나 동일한 모터에 커플링된 2개의 컨버터들은 일반적으로 동일한 전기 시스템에 접속되므로, 해당 전기 시스템이 더 이상 제공될 수 없을 때 1개의 구동 모터는 완전히 고장 난다. 2개의 구동 모터들의 2개의 권선들이 예컨대 상이한 각각의 전기 시스템에 커플링된다 할지라도, 1개의 전기 시스템에 커플링된 컨버터의 출력이 제한됨으로 인해 또 다른 1개의 전기 시스템이 고장 난 경우 구동 출력이 최초의 값의 대략 절반으로 줄어들어야 한다.

전술한 종래 기술의 단점들로부터 본 발명의 기초가 되는 과제는 구동 시스템들의 신뢰도 또는 이용 가능성이 더욱 증가할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 하나의 구동 모터의 권선에 전류를 공급하는 하나 이상의 컨버터의 입력측이 동기화되지 않은 상이한 전압 공급 시스템에 연결될 수 있음으로써 해결된다.

본 발명은 컨버터를 통해, 특히 하나 이상의 (회전 전류) 중간 전압 공급 시스템에 커플링되고 전압 중간 회로 및 (다이오드) 정류기를 구비한 컨버터를 통해 입력부 및 바람직하게는 펄스 폭 변조된 출력부에서 출력을 얻는 하나 이상의 구동기를 구비한 장치에 관한 것이다. 이용 가능성을 증가시키기 위한 제1 조치는 전류를 공급하는 각각 하나의 컨버터와 함께, 2개의 (회전 전류) 권선 시스템을 구비한 하나 이상의 구동 모터를 사용하는 것이다. 또한, 본 발명은 서로 무관한 2개 이상의 전압 공급 시스템을 사용한다. 그러나 종래 기술과 달리, 모든 컨버터들의 입력측이 각각 정확히 1개의 전압 공급 시스템에 할당되는 것이 아니라, 하나 이상의 컨버터는 하나의 전압 공급 시스템으로부터 다른 전압 공급 시스템으로 전환될 수 있도록 형성된다. 이는 복수의(바람직하게는 2개의) 전압 공급 시스템들 중 1개의 전압 공급 시스템만이 고장 난 경우 컨버터로부터 전류를 공급받는 권선 시스템이, 아직 제 기능을 발휘하는 해당 컨버터에서, 다시 말해 전압 공급 시스템들 중 어떠한 전압 공급 시스템이 고장 났는지와 무관하게 어떠한 경우에도 계속해서 작동할 수 있다는 장점을 갖는다. 전류가 공급될 전체 권선 시스템들이 상이한 2개의 전압 시스템에서 동일한 부분들로 분할되면, 이로써 여하튼 권선 시스템들 중 50%는 정상적으로 계속해서 작동할 수 있으며, 즉 제 기능을 유지하는 전압 시스템에 커플링된 나머지 권선 시스템들 중 하나 이상의 부분에는 본 발명에 의해 마찬가지로 전압이 제공될 수 있다. 이로써 50%보다 현저히 높은 값으로 이용 가능성이 증가하게 된다. 각각 2개의 권선 시스템들을 구비한 예컨대 2개의 구동 모터들은, 2개의 모터들의 각각 하나 이상의 권선이 전환 가능하게 형성되도록 상이한 2개의 전압 공급 시스템에 접속되므로, 하나의 전압 공급 시스템에서 전압이 부족한 경우 구동 출력의 75%가 여전히 제공되며, 이로써 예컨대 선박의 항해 시간은 최악의 경우에 대략 1/3만큼 연장되며, 종래와 같이 2배로 연장되지는 않는다.

하나 이상의 컨버터 및/또는 하나 이상의 전압 공급 시스템이 다상으로, 특히 3상으로 형성되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 3상 구동 모터는 거의 조파(harmonic wave)가 없는 토크의 장점을 가지므로, 구동되는 장치는 응력을 덜 받게 된다.

본 발명을 구현할 가능성은 하나 이상의 컨버터의 입력측이 하나 이상의 스위칭 장치에 의해, 동기화되지 않은 상이한 전압 공급 시스템에 연결될 수 있다는 데 있다. 상기 유형의 스위칭 장치는, 폐쇄된 각각의 연결부가 거의 손실 없이 전류를 전달한다는 장점을 제공한다.

상기 스위칭 장치는, 동기화되지 않은 전압 공급 시스템들 사이의 단락 및 이로 인한 전압 공급 시스템의 파괴를 방지하기 위해, 접속된 컨버터가 2개의 전압 공급 시스템에 동시에 연결되지 않도록 형성되어야 한다.

본 발명의 개선예에서, 스위칭 장치는 다른 모든 스위칭 컨택이 개방될 때에만 연결을 허용하는 로킹 장치를 포함한다. 이는 관여한 전압 공급 시스템을 위한 완전한 보호 조치를 의미한다.

스위칭 장치의 로킹은 기계적 방식으로 실행될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예의 범위 내에서, 스위칭 장치는 그 스위칭 텅(들)이 컨버터에 접속되는 전환 스위치로서 형성되는 반면, 이에 연결될 컨택은 상이한 전압 공급 시스템에 접속된다. 이 경우 스위칭 텅들의 수는 관여한 전압 공급 시스템 또는 컨버터의 상의 수와 일치하며, 회전 전류 네트워크는 3개의 스위칭 텅이며, 교류 네트워크는 단 2개의 스위칭 텅이다. 전환 스위치의 (고정된) 스위칭 컨택들이 서로 직접 접촉하지 않기 때문에, 이러한 경우 고작해야 상기 스위칭 텅에 의해 단락이 발생할 수도 있다. 그러나 단락은 상응하는 대응 조치에 의해 방지될 수 있다.

상기의 대응 조치는 전환 스위치가 중앙의 제로 위치를 포함하는 것이며, 제로 위치에서 전환 스위치의 스위칭 텅(들)은 스위칭 컨택에 연결되지 않는다. 스위칭 텅(들)이 상기 중앙의 제로 위치를 지나서 충분히 천천히 이동하면(이는 수동 작동의 경우 정상적으로 충족됨), 계속해서 접속되지만 바람직하게 접지되지는 않는 권선은 제외하고, 스위칭 텅이 거의 무전위 상태로 있게 되는 충분히 긴 시간이 제공된다. 상기 시간 동안 공급 전류가 중단되거나 경우에 따라 아크가 중단될 수 있다. 물론 스위칭 컨택의 간격은, 스위칭 컨택들 사이에 전압 플래시오버가 발생하지 않도록 충분히 커야 한다.

규정되지 않은 스위칭 상태가 발생할 수 없도록, 전환 스위치는 중앙의 제로 위치를 지나서만(여기서 항상 전류가 파괴된다) 전환이 가능한 방식으로 형성되어야 한다.

다른 한편으로 스위칭 장치는 하나 이상의 컨택터에 의해서도 구현될 수 있다.

단 1개의 단일(관여한 전압 공급 시스템의 유형에 따라 바람직하게는 다극의 즉, 회전 전류 네트워크의 경우 3극, 교류 네트워크인 경우 주로 2극) 컨택터가 존재하면, 상기 컨택터는 전환 스위치로서 형성되어야 하고, 이때 전환 스위치의 스위칭 텅(들)은 컨버터에 접속되는 반면 상기 컨버터에 접속될 컨택은 상이한 전압 공급 시스템에 접속된다. 실질적으로 이는 (수동으로 작동될) 전환 스위치의 배치에 상응한다.

전환 스위치로서 형성된, 상기 유형의 컨택터 역시, 스위칭 텅(들)이 스위칭 컨택에 연결되지 않는 중앙의 제로 위치를 포함해야 하며, 이로써 관여한 전압 공급 시스템들 사이의 전압 플래시오버가 배제된다. 물론, 경우에 따라 발생하는 아크가 중단될 수 있도록 체류 시간이 무전위 상태의 제로 위치 내에서 충분히 길다는 점에 주목해야 한다. 따라서 이러한 경우에는 매우 신속하게 작동하는 컨택터를 사용하지 않거나, 고정된 전환 컨택들 사이의 간격이 매우 큰 상기 유형의 컨택터를 적어도 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 컨택터가 상기 컨택터 중앙의 제로 위치를 지나서만 전환이 가능하도록 형성됨으로써 규정되지 않은 스위칭 상태가 배제되는 점에도 주목해야 한다.

그러나, 사용된 회로 장치 내부의 로킹은 전기적 방식으로도 실행될 수 있다.

이러한 경우 경우에 따라 즉, 관여한 스위칭 네트워크의 위상 수에 따라 각각 다극 온/오프 스위치로서 형성되며 서로 분리된 2개의 컨택터를 사용하는 것이 가능하며, 이때 경우에 따라 각각 하나의 다극 작동 컨택이 컨버터에 접속되는 반면, 경우에 따라 각각의 다른 다극 작동 컨택은 상이한 2개의 전압 공급 시스템들 중 각각 하나에 접속된다. 상기 유형의 장치의 경우 관여한 전압 공급 시스템들이 스위칭 수단 내부의 어떠한 위치에서도 결합되지 않는다는 것이 큰 장점이다. 하나의 전압 공급 시스템을 위한 고유의 컨택터와, 다른 전압 공급 시스템을 위해 공간적으로 분리된 다른 컨택터가 제공된다.

제어 전압(예컨대 5 볼트)이 인가된 경우에 스위치온되는 반면 제어 전압이 중단된 경우 스위치오프되는 상기 유형의 컨택터가 바람직하게 사용되므로, 제어 전압의 전압 공급에 결함이 있는 경우 모든 컨택터들은 분리되고 이로써 단락이 배제된다.

2개의 컨택터들의 제어 단자가 하나의 공통 제어 장치 및/또는 로킹 장치에 접속되는 것이 바람직하다. 상기 장치는 접속된 2개의 컨택터들이 동시에 스위치온되지 않도록 안전한 방식으로 해당 컨택터를 제어해야 한다.

이를 실행하기 위해, 일련의 안전 조치들이 제공된다. 이들 중 제1 안전 조치는 관여한 각각의 컨택터에 피드백 목적에만 사용되는 추가의 스위칭 컨택과, 추가의 스위칭 텅을 제공하는 것이다. 상기 스위칭 텅은 다른 스위칭 텅들과 같이 형성될 수 있는데 즉, 하나가 폐쇄될 때 폐쇄되거나, 반순환적으로 구성되어 나머지 스위칭 텅들이 개방될 때에만 폐쇄되도록 형성될 수 있다. 이로써 예컨대 정지해 있는 스위칭 컨택에 인가된 전압과, 예컨대 제어 장치의 공급 전압은 중간 전압을 안내하는 다른 스위칭 텅들이 개방될 때 스위칭 텅 컨택에 도통될 수도 있다. 이로써 제어 장치 및/또는 로킹 장치는 컨버터가 언제 해당 전압 공급 시스템으로부터 갈바니 방식으로 분리되는지를 알려줄 수 있다.

이러한 경우 제어 장치 및/또는 로킹 장치의 각각의 다른 제어 출력부의 로킹은 상기 유형의 피드백 입력부에 의해 유도될 수도 있으며, 즉 제어에 필요한 스위치온 신호가 AND 게이트에 의해 (나머지) 피드백 입력부에 접속될 수도 있으며, 상기의 접속이 분리되지 않은 컨택터를 신호화할 때, 원하는 컨택터가 제어되지 않을 수도 있다. 컨버터가 커플링될 수 있는 전압 공급 시스템이 2개보다 많고, 이로써 컨택터도 2개보다 많으면, 항상 1개보다 많은 피드백 신호가 고려되며 이는 모든 나머지 컨택터들에도 마찬가지로 적용된다. 그 후 상기 피드백 신호는 서로 OR 접속되어야 하며, 상기 OR 게이트의 출력부는 전술한 AND 게이트의 로킹된 입력부에 접속될 수도 있다.

또한, 본 발명에서 제어 장치 및/또는 로킹 장치는 2개의 컨택터들이 특정 시간 간격 동안 스위치오프되었을 때에야 컨택터가 스위치온되도록 형성된다. 상기의 안전 시간 간격은 경우에 따라 발생할 수 있는 아크가 중단될 수 있도록, 마지막으로 스위치오프된 컨택터에 충분한 시간을 제공해야 한다. 상기 유형의 시간 간격에 대한 적절한 근사치는 예컨대 관여한 공급 전압의 지속 시간일 수 있다. 상기 시간 내에, 적어도 마지막으로 태핑(tapping)된 전압 공급 시스템의 전압은 하나 이상의 제로 통과 과정을 통과하며, 전류 흐름을 연장할 강한 인덕턴스가 추구되지 않을 때 전류는 신속하게 감소해야 한다. 늦어도, 대략 2배의 지속 시간의 시간 간격 이후 전류 흐름은 더 이상 고려되지 않는다.

이러한 "데드 타임(dead time)"을 구현하기 위해, 제어 장치 및/또는 로킹 장치에는 타이머가 장착되며, 접속된 모든 컨택터가 "스위치오프"를 위한 제어 신호를 수신하는 즉시 그리고/또는 (나머지) 모든 컨택터가 차단 상태를 피드백하는 즉시 그리고/또는 해당 컨버터의 입력측이 전압 및/또는 전류를 더 이상 얻지 못하는 것을 그 외의 전압 센서 및/또는 전류 센서가 나타낸 이후에 타이머는 시작된다.

본 발명은, 제어 장치 및/또는 로킹 장치의 하나 이상의 제어 출력부가 내부 타이머에 로킹된다는 점에서 개선될 수 있는데 즉, 마지막으로 주어진 그리고/또는 실행된 스위치오프 명령 이후 사전 설정된 시간 간격이 경과된 것을 내부 타이머가 지시할 때에만 제어 출력부가 "스위치오프"로부터 "스위치온"으로 그 신호를 전환할 수 있다.

주어진 스위치오프 명령의 규정에 따른 구현을 신뢰할 수 있게 모니터링하기 위해, 제어 장치 및/또는 로킹 장치를 하나 이상의 전류 센서 및/또는 전압 센서에 추가로 커플링할 가능성도 있으므로, 컨버터의 입력부에서 전류 및/또는 전압이 검출될 수 있다. 이 경우, 관여한 전압 공급 시스템이 복수인 경우 단일 전류 센서 및/또는 단일 전압 센서 자체로도 충분하므로, 독립된 전압 공급 시스템이 더 많이 관여할수록 상기 유형의 실시예는 더 유리해진다.

하나 이상의 전류 신호 및/또는 전압 신호는 전류 신호가 임계값과 비교되는 비교기에 제공될 수 있으므로, 전류 입력부가 무전류인지의 여부가 검출될 수 있다. 상기 비교기의 출력 신호는 컨버터의 입력부가 무전류인지 그리고 (다른) 전압 공급 시스템에 연결되어야 하는지의 여부에 대한 정보를 디지털 신호로서 제공한다.

마지막으로, 제어 장치 및/또는 로킹 장치의 하나 이상의 제어 출력부가 내부 비교기에 의해 로킹되는 것은 본 발명의 교시에 상응하며, 즉 컨버터의 입력부에서 전류가 0이거나 적어도 O에 근접한 것을 내부 비교기가 지시할 때에만 상기 제어 출력부는 "스위치오프"로부터 "스위치온"으로 그 신호를 전환할 수 있다. 안전의 이유로, 전술한 타이머 역시 비교기의 출력 신호가 전류 없음을 지시할 때에야 비로소 시작될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하기의 상세한 설명 및 도면을 참고로 본 발명에 기초한 또 다른 특징들과, 세부 사항과, 장점들 및 효과가 제시된다.
도 1은 2개의 상이한 전압 공급 시스템으로부터 전류를 공급받는 2개의 모터를 구비한 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 장치를 도시한 도면이며, 이때 2개의 모터들은 전환에 따라 동일한 전압 공급 시스템으로부터 전류를 공급받는다.

도 1은 선박의 전기 시스템(1)의 가장 중요한 부품들을 개략적으로 도시하고 있다. 도시되지 않은 각각의 디젤 모터를 구동하는 총 3개의 회전 전류 제너레이터(G1, G2, G3)가 인식된다. 물론 상기 회전 전류 제너레이터 대신에 예컨대 가스 터빈과 같은 다른 에너지원도 사용될 수 있다.

제너레이터(G1)는 제1 삼상 도체 레일(2)에서 작동하므로, 제1 회전 전류 전압 공급 시스템(3)을 형성한다. 다른 2개의 제너레이터들(G2, G3)은 마찬가지로 3상인 다른 하나의 도체 레일(4)에서 공통으로 작동하므로 제2 회전 전류 전압 공급 시스템(5)을 형성한다.

제너레이터(G1)가 제너레이터들(G2, G3)과 동기식으로 작동하는 한, 2개의 도체 레일들(2, 4)은 위상 방식으로 스위치(6)에 의해 서로 커플링될 수도 있다.

그러나 이는 관찰된 실시예에 해당하는 경우는 아니며, 오히려 제너레이터(G2, G3)만이 서로 동기식으로 작동해서 공통의 전압 공급 시스템(5)을 형성하는 반면, 제너레이터(G1)는 이와 함께 동기화되지 않으므로, 이에 반해 전압 공급 시스템(3)의 전압 진폭, 전압 위상 및/또는 전압 주파수는 완전히 예측할 수 없는 방식으로 달라진다.

예컨대 2개의 제너레이터들(G2, G3)의 동기성은 상기 제너레이터의 회전자들이 예컨대 강성의 샤프트에 의해 서로 결합되도록 형성될 수도 있으므로, 상기 제너레이터들은 동일한 회전수와 위상 위치로 하나의 디젤 모터 등에 의해 구동된다.

또한, 상기 실시예의 경우 각각 하나의 구동 모터(7, 8)에 연결되고 상기 구동 모터에 의해 구동되는 2개의 선박 프로펠러가 제공된다. 상기 실시예에서 2개의 구동 모터들(7, 8) 각각은 동일하게 형성되며, 서로 분리된 2개의 회전 전류 권선 시스템(9a, 9b, 10a, 10b)을 각각 구비한다.

각각 3상이면서, 총 4개인 회전 전류 권선 시스템(9a, 9b, 10a, 10b) 각각은 하나의 고유 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)로부터 전류를 공급받는다.

각각의 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)는 바람직하게 다시 동일하게 구성되는데 즉, 평활 커패시터(14)를 구비한 직류 전압 중간 회로(13)와, 바람직하게 펄스 폭 변조된 3상 출력단(15)과 함께 구성되고, 상기 출력단에는 회전 전류 케이블(16)에 의해 각각 하나의 권선 시스템(9a, 9b, 10a, 10b)이 접속된다.

제동 조치 시 경우에 따라 피드백된 에너지를 제거할 수 있도록, 복수의 컨버터(11a, 11b; 12a, 12b)의 직류 전압 중간 회로(13)를 위해 하나 이상의 브레이크 저항(17)이 제공된다.

이에 반해 정상 주행 작동일 때, 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)의 직류 전압 중간 회로(13)는 각각 하나 이상의 3상 다이오드 정류기(18)로부터 전류를 공급받는다. 구동 모터(7, 8) 및 전류를 공급하는 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)가 가급적 무전위로 유지되도록, 정류기(18)의 입력부들의 상류에는 (분리) 변압기(19a, 19b, 20a, 20b)가 접속된다.

상기 변압기(19a, 19b, 20a, 20b)의 1차 권선들(21a, 21b, 22a, 22b)은 도체 레일(2, 4) 또는 전압 공급 시스템(3, 5)으로부터 전류를 공급받을 수 있다.

제1 구동 모터(7)의 권선 시스템(9a)을 위한 변압기(19a)의 1차 권선(21a)은 제1 전압 공급 시스템(3)에 분명히 할당되며, 상기 1차 권선은 3상 스위치 또는 컨택터(23)에 의해 전압 공급 시스템(3)에만 접속되거나 전압 공급 시스템으로부터 분리될 수 있으며, 다른 전압 공급 시스템(5)에는 연결되지 않는다.

또한, 제2 구동 모터(8)의 권선 시스템(10b)을 위한 변압기(20b)의 1차 권선(22b)은 제2 전압 공급 시스템(5)에 분명히 할당되며, 상기 1차 권선은 3상 스위치 또는 컨택터(24)에 의해 전압 공급 시스템(5)에만 접속되거나 전압 공급 시스템으로부터 분리될 수 있으며, 다른 전압 공급 시스템(3)에는 연결되지 않는다.

그러나 남은 2개의 변압기(19b, 20a)의 1차 권선(21b, 22a)은 다르게 거동한다.

상기 1차 권선은 각각 하나의 스위칭 장치(25, 26)의 3상 출력부에 접속된다. 각각의 스위칭 장치(25, 26)는 각각 2개의 3상 입력부(27a, 27b 또는 28a, 28b)를 구비한다. 각각의 스위칭 장치에서 각각 하나의 3상 입력부(27a, 28a)는 전압 공급 시스템(3)에 연결되거나 또 다른 스위치 및/또는 컨택터(29a, 30a)에 의해 연결될 수 있는 반면, 각각의 다른 3상 입력부(27b, 28b)는 전압 공급 시스템(5)에 연결되거나 또 다른 스위치 및/또는 컨택터(29b, 30b)에 의해 연결될 수 있다.

각각의 스위칭 장치(25, 26)는 각각 2개의 컨택터(31a, 31b; 32a, 32b)를 구비한다. 상기 컨택터(31a, 31b, 32a, 32b)는 각각 하나의 스위칭 자석(33)을 구비한 3상 온/오프 스위치로서 각각 형성되며, 온/오프 스위치의 아마추어는 제어 전류가 흐르는 한 고전류 회로 내 접촉을 폐쇄 상태로 유지한다.

스위칭 장치(25)의 2개의 컨택터(31a, 31b)의 각각 하나의 3상 또는 3극 스위칭 컨택은 공통으로 그리고 동위상으로 변압기(19b)의 3상 1차 권선(21b)에 연결되거나 이를 지나서 구동 모터(7)의 권선 시스템(9b)을 위한 컨버터(11b)의 정류기(18)에 연결된다. 마찬가지로 3상 또는 3극인 다른 각각의 스위칭 컨택은 3상 입력부(27a, 27b)로서 사용되므로, 각각 하나의 스위치(29a, 30a)에 의해 2개의 전압 공급 시스템들(3, 5) 중 하나에 연결될 수 있다.

다른 한편으로 스위칭 장치(26)의 2개의 컨택터(32a, 32b)의 3상 또는 3극 스위칭 컨택은 공통으로 그리고 동위상으로 변압기(20a)의 3상 1차 권선(22a)에 연결되거나 이를 지나서 구동 모터(8)의 권선 시스템(10a)을 위한 컨버터(12a)의 정류기(18)에 연결된다. 마찬가지로 3상 또는 3극인 다른 각각의 스위칭 컨택은 3상 입력부(28a, 28b)로서 사용되므로, 각각 하나의 스위치(29b, 30b)에 의해 2개의 전압 공급 시스템들(3, 5) 중 하나에 연결될 수 있다.

동일한 스위칭 장치(25; 26)의 컨택터(31a, 31b 또는 32a, 32b)의 제어 입력부는 도면에 도시되지 않은 각각 하나의 공통 제어 장치 및/또는 로킹 장치에 접속된다. 상기 제어 장치 및/또는 로킹 장치는 상기 스위칭 장치(25; 26)의 2개의 컨택터(31a, 31b 또는 32a, 32b)가 동시에 스위치온될 수 없음으로써, 2개의 전압 공급 시스템들(3, 5) 사이가 항상 확실하게 갈바니 방식으로 분리되도록 설계된다.

제어 명령이 서로 AND 접속됨으로써 상기 제어 명령 자체에 의해 상호 로킹이 실행될 수 있으며, 이때 각각 하나의 신호 즉, 각각의 다른 컨택터를 위한 제어 신호는 AND 게이트에 반전 방식으로 제공된다. 또한 예컨대 상기 유형의 AND 게이트의 출력부에 타이머가 존재할 수 있으므로, 제어 신호는 특정 데드 타임 이후에야 스위치오프 명령으로부터 스위치온 명령으로 전환할 수 있다.

제어 장치와 로킹 장치는 자동화될 수 있으므로, 예컨대 "전압 공급 시스템(3)으로부터 전압 공급 시스템(5)으로의 컨버터(11b)의 전환"과 같은 단일의 명령에 의해 상응하는 전환 시퀀스가 개시되며, 상기 전환 시퀀스는 특정의 시간을 요구하며 컨택터(31a)가 먼저 분리되도록 하고 예컨대 20 내지 50ms와 같은 특정 대기 시간 이후에야 컨택터(31b)에 스위치온 명령을 내린다.

도 1에는 전기 시스템(1)의 출력 상태가 도시되며, 이때 모든 부품들은 규정대로 기능한다.

제너레이터(1)는 전압 공급 시스템(3)에 전류를 공급하며 이로써 컨버터(11a, 11b)를 통해 구동 모터(7)의 권선 시스템(9a, 9b)에 전류를 공급하는 반면, 제너레이터들(G2, G3)은 공통으로 전압 공급 시스템(5)에 전류를 공급하며 이로써 컨버터(12a, 12b)를 통해 구동 모터(8)의 권선 시스템(10a, 10b)에 전류를 공급한다.

이제, 결함으로 인해 고장 난 예컨대 디젤 제너레이터(G1)의 영역에서 에러가 발생하는 것이 가정된다. 이로써 전압 공급 시스템(3)은 무전류 상태이며, 이는 도 2의 음영(hatching)에 의해 도시되는 바와 같다.

예컨대, 전압 공급 시스템(3, 5) 또는 디젤 제너레이터(G1, G2, G3)를 모니터링하는 자동화된 제어 장치에 의해 전압 공급 시스템(3)에 대한 모든 스위칭 연결부(23, 29a, 30a, 31a)가 우선적으로 개방된다.

종래 기술에서는 구동 모터(7)가 완전히 무전류 상태일 수도 있는데, 그 이유는 상기 구동 모터가 처음에는 전압 공급 시스템(3)으로부터만 전류를 공급받았기 때문이다. 이로써 구동 출력은 대략 50%로 감소할 수도 있으며, 그 이유는 두 구동 모터(7, 8)가 합해지는 바와 같이 구동 모터(8)가 당연히 절반의 구동 출력만을 갖기 때문이다. 그러나 우선적으로 정지한 모터(7)의 하나 이상의 권선(9b)이 상기 권선의 컨버터(11b)에 의해 전류를 또한 제공하는 것이 본 발명에 의해 이제 가능한데, 이는 상기 모터가 3상 컨택터(31b)의 폐쇄에 의해 전압 공급 시스템(5)에 연결되어 그곳에 이용 가능하게 제공되는 에너지 저장 장치가 태핑됨으로써 실행된다. 따라서 선박이 그 구동 출력의 대략 75%로 계속 운행되는 것이 가능하므로, 선박의 나머지 주행 시간은 대략 1/3만큼만 연장된다.

Claims

각각 복수의, 바람직하게는 2개의 권선 시스템(9a, 9b, 10a, 10b), 특히 회전 전류 권선 시스템(9a, 9b, 10a, 10b)을 구비한 구동 기계(7, 8)에 전류를 공급하기 위한 회로이며, 이 경우 고유의 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b), 바람직하게는 직류 전압 중간 회로(13)와, 상류 접속된 다이오드 정류기(18)와, 출력단(15)으로서 펄스 폭 변조된 인버터를 구비한 회전 전류 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)가 각각의 권선 시스템(9a, 9b, 10a, 10b)에 할당되는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로에 있어서,
하나 이상의 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)의 입력측은 경우에 따라 중간 접속된 변압기(19a, 19b, 20a, 20b) 또는 그 외의 커플링 요소(25, 26)에 의해, 동기화되지 않은 상이한 전압 공급 시스템(3, 5)에 연결되거나 커플링될 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제1항에 있어서, 하나 이상의 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b) 및/또는 하나 이상의 전압 공급 시스템(3, 5)이 다상으로, 특히 3상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)는 하나 이상의 스위칭 장치(25, 26)에 의해, 동기화되지 않은 상이한 전압 공급 시스템(3, 5)에 연결되거나 커플링될 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제3항에 있어서, 스위칭 장치(25, 26)는 접속된 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)가 2개의 전압 공급 시스템(3, 5)에 동시에 연결되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제3항 또는 제4항에 있어서, 스위칭 장치(25, 26)는 상기 스위칭 장치(25, 26)의 다른 모든 스위칭 컨택이 개방될 때에만 연결을 허용하는 로킹 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제5항에 있어서, 로킹은 기계적 방식으로 실행되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제6항에 있어서, 스위칭 장치(25, 26)는 그 스위칭 텅(들)이 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)에 접속되는 전환 스위치로서 형성되는 반면, 이에 연결될 컨택은 상이한 전압 공급 시스템(3, 5)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제7항에 있어서, 전환 스위치는 전환 스위치의 스위칭 텅(들)이 스위칭 컨택에 연결되지 않는 중앙의 제로 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제8항에 있어서, 전환 스위치는 중앙의 제로 위치를 지나서만 전환이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제6항에 있어서, 스위칭 장치(25, 26)는 하나 이상의 컨택터(31a, 31b, 32a, 32b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제10항에 있어서, 컨택터는 그 스위칭 텅(들)이 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)에 접속되는 전환 스위치로서 형성되는 반면, 이에 연결될 컨택은 상이한 전압 공급 시스템(3, 5)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제11항에 있어서, 컨택터는 그 스위칭 텅(들)이 스위칭 컨택에 연결되지 않는 중앙의 제로 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제12항에 있어서, 컨택터는 중앙의 제로 위치를 지나서만 전환이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제5항에 있어서, 로킹은 전기적 또는 전자적 방식으로 실행되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제14항에 있어서, 경우에 따라 다극 온/오프 스위치로서 각각 형성된 2개이상의 컨택터(31a, 31b, 32a, 32b)가 스위칭 장치(25, 26)마다 제공되며, 이때 경우에 따라 각각 하나의 다극 작동 컨택이 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)에 접속되는 반면, 경우에 따라 각각의 다른 다극 작동 컨택은 상이한 2개의 전압 공급 시스템들(3, 5) 중 각각 하나에 접속되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제15항에 있어서, 하나의 스위칭 장치(25, 26)의 모든 컨택터들(31a, 31b, 32a, 32b)의 제어 단자가 하나의 공통 제어 장치 및/또는 로킹 장치에 접속되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제16항에 있어서, 공통의 제어 장치 및/또는 로킹 장치는 상기 장치에 접속된 모든 컨택터들(31a, 31b, 32a, 32b)이 동시에 스위치온되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제17항에 있어서, 제어 장치 및/또는 로킹 장치는 (나머지) 모든 컨택터들(31a, 31b, 32a, 32b)이 특정 시간 간격 동안 스위치오프되었을 때에야 하나의 컨택터(31a, 31b, 32a, 32b)가 스위치온되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제18항에 있어서, 제어 장치 및/또는 로킹 장치는, 접속된 모든 컨택터(31a, 31b, 32a, 32b)가 "스위치오프"를 위한 제어 신호를 수신하는 즉시 시작되는 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제19항에 있어서, 제어 장치 및/또는 로킹 장치의 하나 이상의 제어 출력부는 내부 타이머에 의해 로킹되는데 즉, 마지막 스위치오프 명령 이후 사전 설정된 시간 간격이 경과된 것을 내부 타이머가 지시할 때에만 상기 제어 출력부가 "스위치오프"로부터 "스위치온"으로 신호를 전환할 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 장치 및/또는 로킹 장치는 하나 이상의 전류 센서에 추가로 커플링되므로, 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)의 입력부에서 전류가 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제21항에 있어서, 하나 이상의 전류 신호는 상기 전류 신호가 임계값과 비교되는 비교기에 제공되므로, 컨버터 입력부(18)가 무전류인지의 여부가 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.
제22항에 있어서, 제어 장치 및/또는 로킹 장치의 하나 이상의 제어 출력부는 내부 비교기에 의해 로킹되는데, 즉 컨버터(11a, 11b, 12a, 12b)의 입력부(18)에서 전류가 0이거나 적어도 O에 근접한 것을 내부 비교기가 지시할 때에만 상기 제어 출력부가 "스위치오프"로부터 "스위치온"으로 신호를 전환할 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 기계에 전류를 공급하기 위한 회로.