KR20190062215A - 전자 보호 회로 - Google Patents

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KR20190062215A
KR20190062215A KR1020180144552A KR20180144552A KR20190062215A KR 20190062215 A KR20190062215 A KR 20190062215A KR 1020180144552 A KR1020180144552 A KR 1020180144552A KR 20180144552 A KR20180144552 A KR 20180144552A KR 20190062215 A KR20190062215 A KR 20190062215A
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breaking
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코탈스 한스-페터
허텔 빌리
호베스타트 빈프리트
겔러만 토마스
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케이이비 오토메이션 카게
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Abstract

본 발명은 브레이킹 트랜지스터(13)와 직렬로 연결된 중간 회로(4)의 브레이킹 레지스터(12)를 위한 전자 보호 회로에 관한 것으로서, 상기 브레이킹 트랜지스터(13)는 상기 중간 회로(4)에 적용되는 전압에 종속하는 트리거링 신호(27)를 이용해 스위치가능하고, 상기 브레이킹 트랜지스터(13)에 적용되는 콜렉터-에미터 전압을 측정하고 또한 대응하는 측정 신호(23)를 송신하는 측정 장치를 가지고, 상기 측정 신호(23)와 미리 결정가능한 기준 값(25)을 비교하고 대응하는 비교 신호(26)를 송신하는 제1 비교기 장치(24)를 가지고, 상기 비교 신호(26)와 상기 브레이킹 트랜지스터(13)를 위한 상기 트리거링 신호(27)를 비교하고 차이가 있는 경우에 제어 신호(28)를 송신하는 제2 비교기 장치(33)를 가지고, 또한 상기 제2 비교기 장치(33)에 의해 송신되는 제어 신호(28)의 검출시, 상기 중간 회로(4)로 의 전류 흐름을 방해할 스위치-오프 장치(14)를 가지고, 이때 상기 스위치-오프 장치(14)는 정류기(2) 및 상기 중간 회로(4)을 위한 선충전 회로(19)를 포함한다.

Description

전자 보호 회로{ELECTRONIC PROTECTIVE CIRCUIT}
본 발명은 중간 회로의 브레이킹 레지스터를 위한 전자 보호 회로에 관한 것으로서, 브레이킹 레지스터는 브레이킹 트랜지스터와 직렬-연결되어 있고, 이때 브레이킹 트랜지스터는 중간 회로에 적용되는 전압에 종속하는 트리거 신호를 이용해 스위치가능하다. 본 발명은 또한 중간 회로를 통해 서로 상호연결되어 있는 정류기 및 인버터를 가지는, 전기 기계를 작동시키기 위한 주파수 컨버터에 관한 것으로서, 중간 회로는 브레이킹 레지스터 및 이와 직렬로 연결되는 브레이킹 트랜지스터를 포함한다.
일반적인 컨버터들 및 특히 주파수 컨버터들은 종래 기술로부터 그 자체가 알려져 있는데, 이것이 여기서 별도의 인쇄된 증거를 필요로 하지 않는 이유이다. 그러므로, 단지 예를 들어 EP 2 680 421 B1를 참조할 수 있고, 이것은 중간 회로 커패시터를 가지는 주파수 컨버터 및 이를 선충전하기 위한 방법에 관한 것이다.
주파수 컨버터들은 통상적으로 중간 회로를 이용해 서로 상호연결되어 있는 정류기 및 인버터를 포함한다. 이전에 알려진 설계에 따르면, 중간 회로는 2 개의 직렬-연결된 중간 회로 커패시트 유닛들을 포함한다. 이 설계에 있어서, 수 개의 중간 회로 커패시터들은, 직렬로 및/또는 병렬로 연결되어 있는데, 중간 회로 커패시터 유닛 마다 제공될 수 있다.
주파수 컨버터에 연결되는, 전기 기계, 특히 모터의 브레이크 작동 동안 발생할 수 있는 중간 회로에 있어서의 부적합한 고전압들을 방지하기 위해, 종래 기술로부터 브레이킹 초퍼로 지칭되는, 브레이킹 트랜지스터를 가지는 주파수 컨버터들을 구비하는 것이 알려져 있다.
주파수 컨버터에 연결되는 전기 기계의 브레이크 작동 동안, 에너지는 주파수 컨버터의 중간 회로로 다시 공급되는데, 이것은 중간 회로에 적용되는 전압에 있어서의 증가로 이어진다. 이제 중간 회로 전압이 주파수 컨버터-특정 값을 초과해야 한다면, 주파수 컨버터가 손상될 위험이 있고, 이러한 손상으로부터 이 손상된 장치의 바로 근방에 존재하는 재산 및/또는 사람들을 위한 장치에 발생하는 위험을 포함한다.
상기의 문제들을 피하기 위해, 소위 브레이킹 트랜지스터들의 이용은 브레이킹 레지스터와 직렬-연결되어 있는 것이 알려져 있다. 중간 회로 전압을 위한 미리 결정가능한 값에 도달한 때, 중간 회로에 병렬로 연결되는 이러한 브레이킹 트랜지스터는 스위치 온되어, 전류는 브레이킹 레지스터와 브레이킹 트랜지스터를 통해 흐를 수 있다. 브레이킹 레지스터는 중간 회로에 저장된 에너지의 일부를 열로 변환시켜, 중간 회로에 적용되는 전압이 감소하도록 야기시키고, 이로써 초과 부하의 바람직하지 않은 경우를 피하게 된다.
주파수 컨버터에 연결된 전기 기계의 브레이크 작동이 끝나자마자, 중간 회로에 적용되는 전압은 미리 결정가능한 기준 값 이하로 감소될 것이다. 결과적으로, 브레이킹 트랜지스터는 차단될 것이고 브레이킹 레지스터는 에너지가 끊기도록 야기된다.
EP 2 736 159 A1에 따르면, 컨버터 시스템 및 이러한 컨버터 시스템을 가지는 풍력 또는 수력 에너지 발전소는 종래 기술로부터 알려져 있다. 거기서, 컨버터 시스템은 정류기 및 적어도 2 개의 인버터들을 포함하는데, 정류기에는 교류 전류원으로부터 에너지가 공급된다. 인버터들의 전력 공급을 목적으로, 정류기는 공통 직류 회로를 거쳐 인버터들 각각에 연결되고, 각각의 인버터는 개별적인 고객에 전력을 공급하기 위해 전기 소비자에 연결될 수 있다. DC 회로와 인버터들 중 하나 사이의 연결들 중 적어도 하나에, 디커플링 장치가 배치되는데, 이때 디커플링 장치는 인버터로부터 나오는 전기 에너지가 DC 회로의 방향으로 전달되는 것을 막는다.
DE 10 2016 005 986 A1으로부터, AC/DC 컨버터 및 DC/AC 컨버터를 포함하는, 컨버터가 알려져 있다. AC/DC 컨버터는 직접 전압 측 상에 연결을 포함하고, 이에 병렬로 브레이킹 레지스터와 제어가능한 스위치의 직렬 연결이 배치된다. 컨버터는 전압 센싱 유닛 및 트리거링 유닛을 더 포함한다. 트리거링 유닛은 교대로 부적합한 편차들을 위한 트리거링 유닛에 의해 발생되는 트리거링 신호를 모니터링하는 비교기 유닛을 포함한다.
브레이킹 레지스터 및 이에 직렬로 연결되는 브레이킹 트랜지스터를 가지는 주파수 컨버터를 구비하는 것은 일상 용도에서 그 자체가 증명되긴 하지만, 노후, 초과 부하, 및/또는 다른 오류들의 이유들로 말하자면, 브레이킹 트랜지스터들은 브레이킹 트랜지스터 내의 단락-회로로 이어지는 결함을 가질 수 있어, 개선이 필요하다. 이러한 단락 회로의 경우에 있어서, 브레이킹 레지스터는 중간 회로에 병렬로 영구적으로 폐쇄될 것이고, 이것은 브레이킹 레지스터를 통한 영구적 전류 흐름으로 귀결된다. 하지만, 브레이킹 레지스터는 이러한 영구 부하를 위해 설계되지 않아, 파괴될 것이다. 이러한 레지스터의 파괴의 결과로, 화염들 및 스파크들이 형성될 수 있는데, 이는 사람 및 재산 손상으로 귀결될 수 있다. 이를 피하는 것이 중요하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 이 관점에서 개선된, 사람들 및 재산의 보호를 제공하는 보호 회로를 제안하는 데 있다.
이 목적의 해결을 위하여, 본 발명은 브레이킹 트랜지스터(braking transistor)와 직렬로 연결된 중간 회로(intermediate circuit)의 브레이킹 레지스터(braking resistor)를 위한 전자 보호 회로에 있어서, 상기 브레이킹 트랜지스터는 상기 중간 회로에 적용되는 전압에 종속하는 트리거링 신호(triggering signal)를 이용해 스위치가능하고, 상기 브레이킹 트랜지스터에 적용되는 콜렉터-에미터 전압(collector-emitter voltage)을 측정하고 또한 대응하는 측정 신호를 송신하는 측정 장치를 가지고, 상기 측정 신호와 미리 결정가능한 기준 값을 비교하고 대응하는 비교 신호를 송신하는 제1 비교기 장치를 가지고, 상기 비교 신호와 상기 브레이킹 트랜지스터를 위한 상기 트리거링 신호를 비교하고 차이가 있는 경우에 제어 신호를 송신하는 제2 비교기 장치를 가지고, 또한 상기 제2 비교기 장치에 의해 송신되는 제어 신호의 검출시, 상기 중간 회로로의 전류 흐름을 방해할 스위치-오프 장치를 가지고, 이때 상기 스위치-오프 장치는 정류기(rectifier) 및 상기 중간 회로를 위한 선충전 회로(precharge circuit)를 포함한다.
본 발명에 따른 보호 회로는 브레이킹 트랜지스터의 결함의 경우에 있어서 즉시 중간 회로로의 전류 흐름이 방해되도록 야기시킨다. 브레이킹 레지스터의 파괴는 이로써 효과적으로 대응되는 한편, 사람들 및 재산의 효과적인 보호가 실현된다.
전자 보호 회로는 측정 장치를 포함한다. 이 측정 장치를 이용해, 브레이킹 트랜지스터에 적용되는 컬렉터-에미터 전압이 감지된다. 이 콜렉터-에미터 전압은 브레이킹 트랜지스터의 컬렉터와 에미터 사이의 전압 강하를 지시한다. 트랜지스터가 완전히 차단되는 한, 전체 작동 전압은 콜렉터-에미터 경로 상에서 강하될 것이다. 한편, 브레이킹 트랜지스터가 완전히 스위치 온되면, 작동 전압의 작은 부분만이 콜렉터-에미터 경로 상에서 강하될 것이다. 그러므로, 브레이킹 트랜지스터에 적용되는 컬렉터-에미터 전압을 측정함으로써, 트랜지스터가 차단되었는지, 이로써 브레이킹 트랜지스터와 직렬-연결된 브레이킹 레지스터는 에너지가 끊겼는지, 또는 대응하는 전압이 트랜지스터에, 이로써 또한 브레이킹 레지스터에 적용되는지 여부가 결정될 수 있다.
이를 위해, 전자 보호 회로는 제1 비교기 장치를 포함하는데, 이것은 측정 장치의 측정 신호와 미리 결정가능한 기준 값을 비교한다. 이 맥락에서, 기준 값은 차단 브레이킹 트랜지스터를 이용해, 적용되는 컬렉터-에미터 전압이 기준 값 이상이도록 설계된다. 한편으로, 트랜스미터가 스위치 온되면, 즉, 전도되면, 브레이킹 트랜지스터에 적용되는 컬렉터-에미터 전압은 미리 결정가능한 기준 값 이하일 것이다.
그러므로, 조합으로, 측정 장치 및 제1 비교기 회로는 브레이킹 트랜지스터의 실제 조건, 즉 차단되는지 또는 전도인지를 결정하는 것을 가능하게 해준다. 이러한 방식으로 결정되는 브레이킹 트랜지스터의 조건은 실제 상태로서 지정될 수 있다.
브레이킹 트랜지스터는 트리거링 신호에 의해 트리거링된다. 이 신호는 중간 회로에 적용되는 전압에 종속하여 스위치된다. 주파수 컨버터에 연결되는 전기 기계가 브레이크 작동을 수행하면, 중간 회로에 적용되는 전압은 증가할 것이다. 특정 기준 값이 초과되면, 브레이킹 트랜지스터는 중간 회로를 보호하기 위해 트리거링 신호를 이용해 트리거링될 것이다.
본 발명에 따른 전자 보호 회로는 제2 비교기 장치를 포함한다. 이 제2 비교기 장치는 제1 비교기 장치의 비교 신호와 브레이킹 트랜지스터를 위한 트리거링 신호를 비교하는 기능을 한다. 이 프로세스에서, 트리거링 신호는 브레이킹 트랜지스터의 원하는 상태를, 즉 브레이킹 트랜지스터가 중간 회로에 적용되는 전압에 종속하여 차단 또는 전도 상태로 스위치되어야 할지를 지시한다.
제2 비교기 장치에 의해 수행되는 신호 비교의 결과로서, 비교 신호와 트리거링 신호가 일치하는 것을 판명되면, 이것은 브레이킹 트랜지스터의 감지된 실제 상태와 브레이킹 트랜지스터의 원하는 상태가 서로 대응된다는 것을 의미한다. 하지만, 이 비교가 비교 신호와 트리거링이 신호 사이의 차이로 귀결되면, 이것은 브레이킹 트랜지스터가 예를 들어 단락 회로의 결과로서, 결함이 있는 것을 의미한다. 이 경우에 있어서, 비교기 유닛은 대응하는 제어 신호를 송신할 것이다.
본 발명에 따른 보호 회로는 스위치-오프 장치를 더 포함한다. 이 스위치-오프 장치는 제2 비교기 장치와 통신 연결되고 제2 비교기 장치의 대응하는 제어 신호의 검출시 중간 회로로의 전류 흐름의 즉각적인 연결해제를 야기시키도록 기능한다. 이것은 주파수 컨버터의 작동이 결함있는 브레이킹 트랜지스터와 계속하는 것을 피하기 위해서이고; 이로써, 브레이킹 트랜지스터, 및 동시에 주파수 컨버터는 추가적인 손상에 대하여 보호된다. 이것은 또한 사람들 및 재산의 효과적인 보호를 보장한다.
전체적으로, 브레이킹 트랜지스터의 결함의 경우에 있어서, 중간 회로로의 전류 흐름을 즉시 방해하여, 이로써 브레이킹 레지스터의 파괴를 막을 수 있기 때문에, 용이하게 실현되고 사람들 및 재산을 보호하기에 효과적인 방식으로 기능하는 보호 회로가 본 발명에 의해 생성된다. 이 회로는 2 개의 비교기 장치들을 제공한다. 제1 비교기 장치를 이용해, 브레이킹 트랜지스터의 실제 상태가 결정된다. 보통, 브레이킹 트랜지스터는, 주파수 컨버터에 연결된 전기 기계의 브레이크 작동이 발생하는지 여부에 종속하여, 차단(blocking) 또는 전도(conducting)일 수 있다. 이 감지된 실제 상태는 브레이킹 트랜지스터의 원하는 상태와 비교된다. 브레이킹 트랜지스터의 원하는 상태와 실제 상태가 일치하지 않으면, 브레이킹 트랜지스터는 결함이 있는 것으로 결론내려질 수 있다. 이 경우에 있어서, 본 발명에 따라 제공되는 보호 회로는 이로써 중간 회로로의 전류 흐름이 즉시 연결해제되도록 야기시킨다.
본 발명에 따라, 전류는 주관들 측 상에서 스위치 오프되기 때문에, 브레이킹 트랜지스터의 단락 회로의 경우에 있어서 교류 전류는 스위치 오프되는데, 이것은 기술적인 관점으로부터 비교적 용이하게 실현될 수 있다. 종래 기술로부터 이전에 알려진 해법들은 브레이킹 트랜지스터 경로 안에 휴즈들을 제공한다. 이 해법은 추가적인 성분들을 필요로 할 뿐만 아니라, 직접 전류가 이 장소에서 흐르기 때문에, 까다롭고 비용이 많이 든다.
방법에 있어서, 본 발명은 브레이킹 레지스터와 직렬로 연결되는 브레이킹 트랜지스터의 단락 회로의 경우에 있어서 중간 회로에 에너지를 끊는 방법을 제안하는데, 브레이킹 트랜지스터는 중간 회로에 적용되는 전압에 종속하여 트리거링 신호를 이용해 스위칭되고, 이 방법에 의해 브레이킹 트랜지스터에 적용되는 컬렉터-에미터 전압이 측정되고 미리 결정가능한 기준 값과 비교되고 대응하는 비교 신호가 송신되고, 이 방법에서 비교 신호는 브레이킹 트랜지스터를 위한 트리거링 신호에 비교되고, 이때 비교 신호와 트리거링 신호 사이의 차이가 있는 경우에 있어서, 중간 회로로의 전류 흐름은 방해되고, 이때 전류는 중간 회로로 다이리스터들을 거쳐 흐르고, 중간 회로로의 전류 흐름은 다이리스터들을 차단하는 것에 의해 방해받는다.
본 발명에 따른 방법을 수행하는 것은 본 발명에 따른 보호 회로에 기초하여 상기에서 이미 설명된 장점들로 귀결된다.
장치 측 에서, 본 발명의 다른 특징에 따라 제1 비교기 장치가 광학적 커플러를 포함하는 것이 제안된다. 의도된 대로 작동될 때, 광학적 커플러는 제1 비교기 장치에 의해 결정되는 비교의 결과에 종속하여 트리거링된다. 그러므로, 전압 비교의 결과에 종속하여, 전류는 광학적 커플러에 적용되고, 이것은 광학적 커플러의 출력 측 상에서 대응하는 신호의 생성으로 이어진다. 광학적 커플러 출력 신호는 제2 비교기 장치를 위한 비교 신호로서 기능한다.
이 회로의 결과로서, 의도된 대로 사용될 때, 전류는 광학적 커플러의 다이오드를 통해 흐르는 것이 달성되고, 이 전류는 광학적 커플러 출력의 스위칭으로 이어진다. 이 프로세스에 있어서, 광학적 커플러는 제2 비교기 장치와 소통 연결되어, 제2 비교기 장치를 이용해, 브레이킹 트랜지스터의 실제 상태를 결정하는 것이 가능하다.
이 실시예들의 특별한 장점은 제2 비교기 장치로의 단순한 신호 전달에 있다. 물론 제2 비교기 장치로의 신호 전달을 위해 다른 전자 부품들을 이용하는 것 또한 가능하고, 그 자체의 전압 공급을 필요로 할 수 있는 부품들을 이용하는 것 또한 가능하다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 보호 회로의 스위치-오프 장치는 정류기 및 중간 회로를 위한 선충전 회로를 포함한다. 정류기는 중간 회로의 위쪽에 연결되고 정류기 반도체들로서 다이리스터들을 가지는 것이 바람직하다. 선충전 회로는 위상들 중 하나 상의 다이리스터에 병렬로 연결되고 또한 다이오드 및 이 목적을 위해 직렬로 연결되는 온도-종속 레지스터를 포함한다.
의도된 대로의 적용의 경우에 있어서, 전력은 공급 주관들로부터 정류기를 거쳐 중간 회로로, 그리고 이들로부터 다른 소비자들에게 흐른다. 이 경우에 있어서, 정류기의 다이리스터들은 에너지를 정류기 회로를 거쳐 중간 회로로 흐르는 것을 가능하게 하기 위해 트리거링된다.
선충전 회로의 선충전 브랜치는 공급 주관들의 위상들 중 하나에 연결되는 다이리스터에 병렬로 연결된다. 선충전 회로의 다이오드 및 레지스터는, 이 레지스터는 이 목적을 위해 다이오드에 직렬-연결되고, 중간 회로의 전압 선충전 임무를 맡는다. 중간 회로에 있어서 충분한 전압 레벨에 도달하면, 다이리스터들은 스위치 온될 것이다. 선충전 회로의 목적은 스위칭 온 때 공급 주관들에서의 더 큰 전류들을 방지하는 데 있다.
이제 상기에서 설명된 방식으로, 예를 들어 단락 회로의 결과로서, 브레이킹 트랜지스터가 결함이 있는 것으로 검출되면, 스위치-오프 장치에 속하는 정류기의 다이리스터들은 다이리스터 트리거링 유닛, 즉 다이리스터들을 트리거링하는 신호를 비활성화시키는 수단을 포함한다. 각각의 위상들에 연결되는 3 개의 다이리스터들이 차단되자마자, 정류기를 거친 중간 회로로의 전류 흐름은 방해된다. 그후, 선충전 회로를 거친, 즉 선충전 회로의 다이오드 및 레지스터를 거친 전류 흐름이, 이 레지스터는 이 목적을 위해 다이오드에 직렬-연결되어 있고, 뒤따를 것이다.
선충전 회로의 레지스터는, 전류 흐름이 증가함에 따라, 고-임피던스 상황으로 가는 온도-종속적인 레지스터이고, 고-임피던스 상황은 이전에 설명된 브레이킹 트랜지스터의 단락 회로의 오류 상황을 가지는 경우이다. 레지스터가 고전류 흐름으로 인한 고-임피던스 상황으로 들어가자마자, 중간 회로는 공급 주관들로부터 연결해제된다. 그러므로, 다이리스터들을 거쳐 또는 선충전 회로를 거쳐 중간 회로로 어떠한 에너지도 흐를 수 없고, 이로써 브레이킹 레지스터를 관통한 추가적인 전류 흐름이 방지되고, 브레이킹 레지스터는 이로써 파괴로부터 보호된다. 그러므로 선충전 회로의 온도-종속적인 레지스터는, 중간 회로로의 전류 흐름이 브레이킹 레지스터의 파괴가 발생할 수 있기 전에 방해되는 이러한 방식으로 설계되어야 한다.
상기에서 설명되는 스위치-오프 장치의 특별한 장점은 중간 회로를 선충전하기 위해 이미 제공된 선충전 회로를 오류 상황의 경우에 있어서, 즉 브레이킹 트랜지스터의 단락 회로의 경우에 있어서 공급 주관들로부터 중간 회로의 즉각적인 연결해제를 달성하도록 의도된 대로 이용하는 데 있다. 그 결과, 선충전 회로는 오류 상황의 경우에 있어서 보호 기능을 가진다. 이 맥락에서, 선충전 회로의 온도-종속적인 레지스터는, 고-임피던스 상황에 있을 때, 오류 상황이 발생할 때 새로운, 의도치 않은 스위칭 온을 방지하는 장점이 있고, 이 사실은 사용자에게 추가적인 안전을 제공하게 된다.
방법에 관한 한, 이 맥락에서 전류는 다이리스터들을 거쳐 중간 회로로 흐르고, 이때 중간 회로로의 전류 흐름은 다이리스터들을 차단함으로써 방지되는 방법이 제안된다. 또한 차단된 다이리스터들을 이용해, 전류가 온도-종속적인 레지스터를 가지는 선충전 회로를 거쳐 중간 회로로 흐르는 것이 더 제안되는데, 이때 온도-종속적인 레지스터가 고-임피던스 상황으로 들어가는 결과로서 중간 회로로의 전류 흐름은 방지되게 된다.
이러한 방식으로 방법을 수행하는 것은 본 발명에 따른 보호 회로에 기초하여 이미 설명된 장점들로 귀결된다.
본 발명의 다른 특징 및 그 자체로 보호가능한 특징에 따르면, 본 발명은 중간 회로를 거쳐 서로 상호연결되는, 정류기 및 인버터를 가지는, 전기 기계를 작동시키기 위한 주파수 컨버터를 더 제안하는데, 이때 중간 회로는 브레이킹 레지스터 및 이에 직렬로 연결되는 브레이킹 트랜지스터를 포함하고, 이때 이러한 주파수 컨버터는 상기에서 설명된 전기 보호 회로에 의해 특징지어진다.
본 발명에 따른 보호 회로는 특히 주파수 컨버터에서 사용되기에 적합하다. 이 맥락에서, 이미 제공된 주파수 컨버터의 정류기, 및 또한 이미 제공된 주파수 컨버터의 선충전 회로는, 본 발명에 따른 스위치-오프 장치의 회로 부품들로서 이용될 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 실시예의 구현을 특별히 단순하고 경제적으로 만들어주는 한편, 오류 상황에서, 즉 특히 브레이킹 트랜지스터의 단락 회로의 경우에 있어서, 본 발명에 따른 회로가 공급 주관들로부터 중간 회로의 즉각적인 연결해제를 보장하기 때문에, 사람들 및 재산의 보호가 동시에 개선된다. 브레이킹 레지스터의 파괴, 및 이로 인한 주파수 컨버터의 파괴는 이로써 효과적으로 방지된다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 도면들을 기초하여 상세한 설명으로부터 기인한다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 컨버터, 즉 본 발명에 따른 보호 회로를 가지는, 주파수 컨버터의 블록도이다.
도 2는 주요한 정류기 회로를 보여준다.
도 1에서, 주파수 컨버터(1)가 블록도에서 볼 수 있다. 이 주파수 컨버터(1)는 도면들에 상세하게 도시되지 않은 전기 기계, 예를 들어 모터를 작동시키기 위해 기능하고, 그 자체로 알려진 방식으로 정류기(2) 및 인버터(3)를 포함한다. 게다가, 정류기(2) 및 인버터(3)는 중간 회로(4)를 통해 서로 상호연결되어 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 주파수 컨버터(1)의 전력 입력 측은 공급 주관들(supply mains)의 위상들(L1, L2 및 L3)에 연결되어 있다.
주파수 컨버터(1)의 중간 회로(4)는 직렬로 연결되어 있는 2 개의 중간 회로 커패시터 유닛들(5 및 6)을 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 중간 회로 커패시터 유닛(5 및 6)은, 각각 2 개의 커패시터들(7 및 8 뿐만 아니라 9 및 10)을 각각 포함하는데, 이것들은 병렬로 연결된다. 결과적으로 2 개의 커패시터 경로들이 제공되고, 여기서 커패시터들(7 및 9) 및 커패시터들(8 및 10) 각각은 직렬로 연결되어 있다.
중간 회로(4)는 브레이킹 레지스터(12) 및 이에 직렬로 연결되는, 브레이크 초퍼(brake chopper)로 지칭되는, 브레이킹 트랜지스터(13)를 더 포함한다. 브레이킹 레지스터(12) 및 브레이킹 트랜지스터(13)는 중간 회로 커패시터 유닛들(5 및 6)에 병렬로 연결된다.
브레이킹 레지스터(12)는, 주파수 컨버터(1)에 연결되는 전기 기계의 브레이킹의 경우에 있어서, 전류 리플럭스(current reflux)의 결과로서 중간 회로(4)에 적용되는 전압이 미리 결정가능한 한계 값을 초과하지 않도록 보장하도록 기능한다. 이를 위해, 브레이킹 트랜지스터(13)는 중간 회로 전압의 이전에 결정된 값에서 전도 상태로 스위치할 것인데, 이것은 브레이킹 레지스터(12) 및 브레이킹 트랜지스터(13)를 통한 전류 흐름으로 귀결된다. 브레이킹 레지스터(12)는 저장된 에너지의 일부를 열로 변환시키고, 중간 회로(4)에 적용되는 전압이 감소되도록 야기시킨다. 주파수 컨버터(1)에 연결되는 전기 기계의 비-브레이킹 조건(non-braking condition)에 있어서, 브레이킹 트랜지스터(13)는 차단하도록 설정되어, 이에 직렬로 연결되는 브레이킹 레지스터(12)는 에너지가 끊긴다.
브레이킹 트랜지스터(13)는 대응하는 트리거링 신호를 이용해, 즉 상기의 설명들에 따라서 중간 회로(4)에 적용되는 전압에 종속하여 트리거링된다.
결함의 경우에 있어서, 예를 들어 단락 회로의 결과로서, 브레이킹 트랜지스터(13)가 고장나면, 브레이킹 레지스터(12)는 중간 회로(4)에 병렬로 영구적으로 연결된다. 하지만, 브레이킹 레지스터(12)는 이러한 영구적인 부하를 위해 설계되지 않아, 가능하다면 화재 및/또는 스파크 형성으로, 파괴될 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 보호 회로(11)는 브레이킹 트랜지스터(13)에 있어서의 결함의 결과로서 이러한 의도치 않은 브레이킹 레지스터(12)의 파괴를 막는다.
보호 회로(11)는 측정 장치를 포함한다. 이것은 브레이킹 트랜지스터(13)에 적용되는 컬렉터-에미터 전압을 감지하도록 기능한다. 측정 장치는 대응하는 측정 신호(23)를, 소위 제1 비교기 장치(24)로 송신한다.
제1 비교기 장치(24)는 측정 장치의 측정 신호(23)와 미리 결정가능한 기준 값(25)을 비교한다. 이 맥락에 있어서, 기준 값(25)은 바람직하게 차단 브레이킹 트랜지스터(13)를 이용해, 적용되는 콜렉터-에미터 전압은 기준 값 이상이도록 미리 결정된다. 하지만 전도 브레이킹 트랜지스터(13)를 이용해, 컬렉터-에미터 전압은 미리 결정가능한 기준 값 이하이다.
전압 비교의 결과에 종속하여, 비교 신호(26)는 예를 들어 광학적 커플러를 이용해, 제2 비교기 장치(33)에 인계된다. 이 제2 비교기 장치(33)는 비교 신호(26)와 브레이킹 트랜지스터(13)를 위한 트리거링 신호(27)와 비교한다. 정상 작동 조건에 있어서, 이때 원하는 상태가 실제 상태에 대응하기 때문에, 트리거링 신호(27)와 비교 신호(26)는 일치한다.
하지만, 비교기 장치(33)가 비교 신호(26)와 트리거링 신호(27) 사이의 차이를 검출하면, 이것은 브레이킹 트랜지스터(13)가 결함이 있다는 것을 의미한다. 이 경우에 있어서, 비교기 장치(33)는 신호 처리 유닛(29)을 이용해 스위치-오프 장치(14)로 대응하는 제어 신호(28)를 송신한다.
스위치-오프 장치가 도 2에 상세하게 도시되어 있다. 이것은 이미 상기에서 설명된 정류기(2), 다이리스터 트리거링 유닛(18) 및 선충전 회로(19)를 포함한다.
정류기(2)는 3 개의 다이리스터들(30, 31, 32)을 포함하는데, 이것은 개별적인 다이리스터 유닛들(15, 16, 17)의 일부이고, 공급 주관들의 위상에 연결된다. 제1 다이리스터(30)는 위상(L1)에, 제2 다이리스터(31)는 위상(L2)에, 제3 다이리스터(32)는 위상(L3)에 할당된다.
도 2에 따른 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 선충전 회로(19)는 제1 다이리스터(30)에 병렬로, 공급 주관들 중 위상(L1)에 연결되어 있다. 또는, 선충전 회로(19)는 또한 다른 2 개의 위상들 중 하나에 병렬로 연결될 수 있다. 여하튼, 선충전 회로(19)는 다이오드(21)와 고온에서 고-임피던스 상황으로 들어가는 온도-종속 레지스터(22)로 이루어지는 직렬 회로로 구성된다. 단지 하나의 레지스터 대신, 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 수 개의 레지스터들이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 보호 회로(11)의 작동 원리는 아래와 같다:
의도된 대로의 작동 조건에 있어서, 다이리스터들(30, 31, 32)은 다이리스터 트리거링 유닛(18)을 통해 트리거링되고, 이로써 공급 주관들로부터 정류기(2)를 거쳐 중간 회로(4)로의 에너지 흐름, 즉 전류 흐름을 허용하게 된다. 다이리스터들(30, 31 및 32)의 전체 트리거링에 의해, 선충전 회로(24)가 제1 다이리스터(30)에 병렬로 L1에 연결되기 때문에, 선충전 회로(24)의 다이오드(21) 및 레지스터(22)는 무시할 수 있는 효과을 갖는다.
주파수 컨버터(1)가 스위치 온될 때, 선충전 회로(19)는 전압으로 중간 회로(4)를 선충전할 것이다. 충분한 전압 레벨에 중간 회로(4)에서 도달됐을 때만, 다이리스터들(30, 31, 및 32)은 다이리스터 트리거링 유닛(18)을 이용해 스위치 온될 것이다. 이러한 선충전에 의해, 주파수 컨버터(1)가 스위칭 온될 때 공급 주관들에 더 높은 전류들이 금지될 것이다.
이제 단락 회로가 브레이킹 트랜지스터(13)에서 발생해야 하면, 제1 비교기 장치(24)에 의해 전달되는 비교 신호(26)가 트리거링 신호(27)와 일치하지 않기 때문에, 브레이킹 트랜지스터(13)의 원하는 상태와 구별될 수 있는 브레이킹 트랜지스터(13)의 실제 상태가 보장될 것이다. 이 경우에 있어서, 제2 비교기 장치(33)는 대응하는 제어 신호(28)를 보내는데, 이것은 스위치-오프 장치(14)로 전달된다. 그로써, 스위치-오프 장치(14)는 주파수 컨버터(1)에 추가의 에너지 흐름을 금지하기 위해 정류기(2)에 에너지를 끊는다. 유리한 방식으로, 신호 처리 유닛은 정류기(2)의 트리거링 유닛에 직접 접근하기 때문에, 제어 없이도 가능하다.
스위치-오프 장치(14)로 신호의 전달은 다이리스터들(30, 31, 및 32)이 다이리스터 트리거링 유닛(18)을 거쳐 스위칭 오프되는 것을 야기시킨다. 모든 3 개의 다이리스터들(30, 31 및 32)이 차단되자마자, 선충전 회로(19)의 선충전 브랜치(20)를 통한 전류 흐름은 이로써 다이오드(21) 및 레지스터(22)를 거쳐 설정될 것이다. 레지스터(22)는 PTC 부재이기 때문에, 레지스터는 높은 전류 흐름에서 고-임피던스 상황으로 들어갈 것이고, 이것은 높은 전류 흐름이 브레이킹 트랜지스터(13)의 단락 회로의 오류 상황에서 발생한다.
레지스터(22)가 고-임피던스 상황으로 들어가자마자, 중간 회로(4)는 공급 주관들로부터 연결해제된다. 그러므로, 어떠한 전류도 다이리스터들(30, 31, 및 32)을 거쳐, 또는 선충전 회로(19)를 거쳐, 중간 회로(4)로 흐르지 않을 것이다.
1 주파수 컨버터 2 정류기
3 인버터 4 중간 회로
5, 6 중간 회로 커패시터 유닛 7, 8, 9, 10 중간 회로 커패시터
11 보호 회로 12, 13 브레이킹 레지스터
14 스위치-오프 장치 15, 16, 17 다이리스터 유닛
18 다이리스터 트리거링 유닛 19 선충전 회로
20 선충전 브랜치 21 다이오드
22 레지스터 23 측정 신호
24 제1 비교기 장치 25 기준 값
26 비교 신호 27 트리거링 신호
28 제어 신호 29 신호 처리 유닛
30, 31, 32 다이리스터 33 제2 비교기 장치

Claims (11)

  1. 브레이킹 트랜지스터(13)와 직렬로 연결된 중간 회로(4)의 브레이킹 레지스터(12)를 위한 전자 보호 회로에 있어서, 상기 브레이킹 트랜지스터(13)는 상기 중간 회로(4)에 적용되는 전압에 종속하는 트리거링 신호(27)를 이용해 스위치가능하고, 상기 브레이킹 트랜지스터(13)에 적용되는 콜렉터-에미터 전압을 측정하고 또한 대응하는 측정 신호(23)를 송신하는 측정 장치를 가지고, 상기 측정 신호(23)와 미리 결정가능한 기준 값(25)을 비교하고 대응하는 비교 신호(26)를 송신하는 제1 비교기 장치(24)를 가지고, 상기 비교 신호(26)와 상기 브레이킹 트랜지스터(13)를 위한 상기 트리거링 신호(27)를 비교하고 차이가 있는 경우에 제어 신호(28)를 송신하는 제2 비교기 장치(33)를 가지고, 또한 상기 제2 비교기 장치(33)에 의해 송신되는 제어 신호(28)의 검출시, 상기 중간 회로(4)로 의 전류 흐름을 방해할 스위치-오프 장치(14)를 가지고, 이때 상기 스위치-오프 장치(14)는 정류기(2) 및 상기 중간 회로(4)을 위한 선충전 회로(19)를 포함하는, 전자 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 비교기 장치(24)는 광학적 커플러를 포함하는, 전자 보호 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 정류기(2)는 정류기 반도체들로서 다이리스터들(30, 31, 32)를 포함하는, 전자 보호 회로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선충전 회로(19)는 그 위상(L1, L2, L3)으로 다이리스터(30, 31, 32)와 병렬로 연결되는, 전자 보호 회로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선충전 회로(19)는 다이오드(21) 및 이에 직렬로 연결되는 온도-종속 레지스터(22)를 포함하는, 전자 보호 회로.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치-오프 장치(14)는 다이리스터들(30, 31, 32)을 트리거링하는 신호를 비활성화시키기 위한 수단을 포함하는, 전자 보호 회로.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 회로(4)는 2 개의 직렬-연결되는 중간 회로 커패시터 유닛들(5, 6)을 포함하는, 전자 보호 회로.
  8. 제 7 항에 있어서, 중간 회로 커패시터 유닛(5, 6)은 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 수 개의 커패시터들(7, 8, 9, 10)을 포함하는, 전자 보호 회로.
  9. 브레이킹 레지스터(12)와 직렬로 연결되는 브레이킹 트랜지스터(13)의 단락 회로의 경우에 있어서 중간 회로(4)에 에너지를 끊기 위한 방법에 있어서, 이 브레이킹 트랜지스터(13)는 상기 중간 회로(4)에 적용되는 전압에 종속하는 트리거링 신호를 이용해 스위치되고, 이 방법에 의해, 상기 브레이킹 트랜지스ㅌ(13)에 적용되는 콜렉터-에미터 전압이 측정되고, 미리 결정가능한 기준 값(25)에 비교되어 대응하는 비교 신호(26)가 송신되고, 이때 상기 비교 신호(26)는 상기 브레이킹 트랜지스터(13)를 위한 상기 트리거링 신호(27)에 비교되고, 이때 상기 기준 신호(26)와 상기 트리거링 신호(27) 사이에 차이가 있는 경우에 있어서, 상기 중간 회로(4)로의 전류 흐름이 방해되고, 이때 상기 전류는 상기 중간 회로(4)로 다이리스터들(30, 31, 32)을 통해 흐르고, 상기 중간 회로(4)로의 상기 전류 흐름은 상기 다이리스터들(30, 31, 32)을 차단하는 것에 의해 방해되는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 차단된 다이리스터들(30, 31, 32)을 이용해, 상기 전류는 온도-종속 레지스터(22)를 가지는 선충전 회로(19)를 통해 상기 중간 회로(4)로 흐를 것이고, 상기 중간 회로(4)로의 상기 전류 흐름은 높은-임피던스 상황으로 들어가는 온도-종속 레지스터(22)의 결과로서 방해되는, 방법.
  11. 중간 회로(4)를 거쳐 서로 상호연결되는, 정류기(2) 및 인버터(3)를 가지는 전기 기계를 작동시키기 위한 주파수 컨버터에 있어서, 상기 중간 회로(4)는 브레이킹 레지스터(12) 및 상기 브레이킹 레지스터(12)에 직렬로 연결되는 브레이킹 트랜지스터(13)를 포함하고, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전자 보호 회로(11)에 의해 특징지어지는, 주파수 컨버터.
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