KR20220087643A - 정류 회로에 포함된 사이리스터의 고장을 판단하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

정류 회로에 포함된 사이리스터의 고장을 판단하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

3상 변압기로부터 출력된 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 생성하는 위상 제어 정류 회로에 포함된 사이리스터들의 고장을 판단하기 위한 고장 판단 장치가 개시된다. 고장 판단 장치는, 위상 제어 정류 회로의 직류 전압의 크기와 연관된 측정 신호를 수신하도록 구성되는 신호 수신부; 사이리스터들을 턴-온하기 위한 점호 신호와 동기화된 동기화 펄스를 생성하도록 구성되는 동기화 펄스 생성부; 및 측정 신호에 고장 구간이 존재하는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 위상 제어 정류 회로의 고장을 판단하도록 구성되는 고장 판단부를 포함하고, 고장 판단부는, 동기화 펄스를 이용하여, 사이리스터들 중에서 고장난 고장 사이리스터를 판단한다.

Description

정류 회로에 포함된 사이리스터의 고장을 판단하기 위한 장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING MALFUNCTION OF THYRISTOR INCLUDED IN RECTIFIER CIRCUIT}
본 발명은 사이리스터의 고장을 판단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 위상 정류 회로(phase rectifier circuit (PCR))에 포함된 SCR(silicon controlled rectifier)의 고장을 판단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
발전기는 회전자 코일을 이용하여 전기를 생성한다. 이 때, 회전자 코일이 자기장을 형성할 수 있도록 직류를 공급하는 장치를 여자기라 한다. 이 때, 여자기는 직류 전압을 생성하는 정류 회로를 포함할 수 있고, 사이리스터 소자들을 포함하는 정류 회로가 대용량 발전기에서 많이 사용되고 있다.
등록특허공보 제10-1689501호 (2016.12.23.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 위상 정류 제어 회로의 고장을 판단하기 위한 고장 판단 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 3상 변압기로부터 출력된 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 생성하는 위상 제어 정류 회로에 포함된 사이리스터들의 고장을 판단하기 위한 고장 판단 장치는, 위상 제어 정류 회로의 직류 전압의 크기와 연관된 측정 신호를 수신하도록 구성되는 신호 수신부; 사이리스터들을 턴-온하기 위한 점호 신호와 동기화된 동기화 펄스를 생성하도록 구성되는 동기화 펄스 생성부; 및 측정 신호에 고장 구간이 존재하는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 위상 제어 정류 회로의 고장을 판단하도록 구성되는 고장 판단부를 포함하고, 고장 판단부는, 동기화 펄스를 이용하여, 사이리스터들 중에서 고장난 고장 사이리스터를 판단한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치는 위상 제어 정류 회로에 의해 출력되는 직류 전압의 크기로부터, 위상 제어 정류 회로에 포함된 사이리스터들 중 어떤 사이리스터가 고장 났는지를 판단할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 사이리스터들 모두에 대한 점검 없이, 고장난 사이리스터만 선별적으로 점검할 수 있어, 위상 제어 정류 회로의 유지 및 관리에 대한 비용 및 시간이 절약될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치를 포함하는 정류 시스템을 나타낸다.
도 2는 사이리스터들을 포함하는 위상 제어 정류부를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 사이리스터들로 입력되는 게이트 신호들을 나타낸다.
도 4는 도 3의 게이트 신호들에 따른 사이리스터들의 턴-온 구간을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치를 나타낸다.
도 6은 사이리스터들 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우를 나타낸다.
도 7은 도 6의 상황에서의 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 교류 전원에 병렬로 연결된 위상 제어 정류 회로들 중 어느 하나의 위상 제어 정류 회로의 사이리스터들 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우를 나타낸다.
도 9은 도 8의 상황에서의 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치의 작동 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치를 포함하는 정류 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 정류 시스템(10)은 교류 전원(100), 위상 정류 회로(200) 및 고장 판단 장치(300)를 포함할 수 있다.
교류 전원(100)은 교류 전압을 출력할 수 있다. 실시 예들에 따라, 교류 전원은 크기가 220 V인 교류 전압을 출력할 수 있다.
실시 예들에 따라, 교류 전원(100)은 3상 변압기일 수 있고, 교류 전원(100)은 각각이 위상차를 가지는 3상의 전압을 출력할 수 있다. 예컨대, 교류 전원(100)은 이웃하는 두 상의 위상차가 π/3 (π는 원주율)인 3 상의 교류 전압을 출력할 수 있다. 예컨대, 교류 전원(100)은 R상, S상 및 T상의 교류 전압을 출력하는 3상 3선식 변압기일 수 있으나, 본 발명의 실시 예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
위상 제어 정류 회로(200)는 교류 전원(100)으로부터 출력된 교류 전압을 입력받을 수 있다. 또한, 위상 제어 정류 회로(200)는 입력된 교류 전압을 이용하여 직류 전압을 출력할 수 있다. 실시 예들에 따라, 위상 제어 정류 회로(200)는 교류 전원(100)으로부터 출력된 교류 전압을 정류(rectify)함으로써, 정류된 교류 전압(즉, 직류 전압)을 출력할 수 있다.
실시 예들에 따라, 위상 제어 정류 회로(200)는 발전기로 직류 전압을 공급할 수 있다. 공급된 직류 전압은 발전기의 회전자 코일로 전달될 수 있다. 위상 제어 정류 회로(200)로부터 공급되는 직류 전압의 크기를 조절함으로써 발전기에서 발전되는 전력량을 조절할 수 있다.
한편, 실시 예들에 따라, 발전기에서 요구되는 직류 전압의 크기가 큰 경우, 복수의 위상 제어 정류 회로들이 서로 병렬로 연결되어, 큰 크기의 직류 전압을 공급할 수 있다.
위상 제어 정류 회로(200)는 위상 제어 정류부(210), 직류 전압 출력부(220), 점호 신호 생성부(230) 및 제어 회로(240)를 포함할 수 있다.
위상 제어 정류부(210)는 교류 전압을 정류하여 정류된 교류 전압을 출력할 수 있다. 실시 예들에 따라, 위상 제어 정류부(210)는 서로 위상 차를 가지는 복수 상(예컨대, 3상)의 교류 전압들의 위상을 제어하고, 이들을 정류함으로써 정류된 교류 전압을 출력할 수 있다.
실시 예들에 따라, 위상 제어 정류부(210)는 복수의 사이리스터들을 포함하고, 복수의 사이리스터들의 턴-온 및 턴-오프에 따라, 교류 전압으로부터 정류된 교류 전압을 생성할 수 있다. 예컨대, 위상 제어 정류부(210)는 교류 전원(100)이 3상 변압기인 경우, 각 상에 대응하는 2개씩의 사이리스터를 구비할 수 있고, 결과적으로, 총 6개의 사이리스터들을 포함할 수 있다.
직류 전압 출력부(220)는 위상 제어 정류부(210)로부터 출력된 정류된 교류 전압을 수신하고, 정류된 교류 전압을 이용하여 직류 전압을 출력할 수 있다. 실시 예들에 따라, 직류 전압 출력부(220)는 정류된 교류 전압을 처리(예컨대, 평활 또는 증폭)함으로써 직류 전압을 출력할 수 있다.
실시 예들에 따라, 직류 전압 출력부(220)는 생략될 수 있고, 이 경우, 위상 제어 정류부(210)에 의해 생성된 정류된 교류 전압이 직류 전압으로서 위상 제어 회로(200)로부터 출력될 수 있다.
타이밍 제어부(230)는 위상 제어 정류부(210)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 실시 예들에 따라, 타이밍 제어부(230)는 위상 제어 정류부(210)의 교류 전압의 처리 타이밍을 제어함으로써, 정류된 교류 전압이 출력되도록 할 수 있다.
실시 예들에 따라, 타이밍 제어부(230)는 위상 제어 정류부(210)에 포함된 사이리스터들을 턴-온하기 위한 게이트 신호(예컨대, 점호 신호)들을 출력할 수 있고, 사이리스터들은 게이트 신호에 응답하여 턴-온 될 수 있다.
제어 회로(240)는 위상 제어 정류 회로(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 실시 예들에 따라, 제어 회로(240)는 타이밍 제어부(230)에 의한 게이트 신호들의 생성을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어 회로(240)는 게이트 신호들의 생성 타이밍을 제어할 수 있다.
고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다. 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)의 동작 이상 또는 출력 이상을 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는, 위상 제어 정류 회로(200)로부터 생성된 직류 전압의 크기에 기초하여 위상 제어 정류 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)로부터 출력된 직류 전압의 크기로부터, 위상 제어 정류 회로(200)에 포함된 사이리스터들 중 고장 난 사이리스터를 판단할 수 있다.
실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류부(210) 또는 직류 전압 출력부(220)와 커플링되어 배치된 홀 전류 트랜스듀서(HCT1 및 HCT2)에 의해 측정된 측정 신호에 기초하여, 직류 전압의 크기를 판단할 수 있다. 홀 전류 트랜스듀서(HCT1 및 HCT2)는 위상 제어 정류 회로(200) 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)에 포함된 사이리스터들을 턴-온 하기 위한 게이트 신호의 출력에 기초하여, 위상 제어 정류 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다.
한편, 도 1에는 고장 판단 장치(300)가 위상 제어 회로(200) 외부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 회로(200)에 포함된 형태로 구현될 수 있다.
도 2는 사이리스터들을 포함하는 위상 제어 정류부를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 위상 제어 정류부는 복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6)을 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6)은 역 저지 3단자 사이리스터(reverse-blocking triode-thyristor)일 수 있다. 복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6) 각각은 양극이 음극에 대하여 양 전위일 때 턴-온 되어 전류(또는 전압)을 통과(닫힌 상태)시키고, 반대로 양극이 음극에 대하여 음 전위일 때, 턴-오프되어 전류(또는 전압)을 차단시킨다(개방 상태).
복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6) 각각은 교류 전원(100)의 각 상과 연결될 수 있다. 실시 예들에 따라, 복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 2개의 사이리스터로 구성되는 사이리스터 쌍은 교류 전원(100)의 각 상과 연결될 수 있다. 예컨대, 제1사이리스터(SCR1) 및 제4사이리스터(SCR4)는 교류 전원(100)의 R상과 연결될 수 있고, 제3사이리스터(SCR3) 및 제6사이리스터(SCR6)은 교류 전원(100)의 S상과 연결될 수 있으며, 제5사이리스터(SCR5) 및 제2사이리스터(SCR2)는 교류 전원(100)의 T상과 연결될 수 있다.
복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6) 각각은 게이트 신호(예컨대, 점호 신호(GS1~GS6))를 입력받을 수 있고, 입력된 게이트 신호에 응답하여 턴-온될 수 있다. 예컨대, 제1사이리스터(SCR1)는 제1게이트 신호(GS1)를 입력받을 수 있고, 온-레벨의 제1게이트 신호(GS1)에 응답하여 턴-온될 수 있다.
복수의 사이리스터들(SCR1~SCR6)의 턴-온 및 턴-오프에 따라, 입력된 교류 전압이 정류되고, 부하(L)에 직류 전압(VDC)가 인가될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 사이리스터들로 입력되는 게이트 신호들을 나타내고, 도 4는 사이리스터들의 턴-온 구간을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 각 구간(T1~T6)에서 출력되는 게이트 신호들(GS1~GS6)이 도시되어 있다. 구간들(T1~T6) 각각의 크기는 π/3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
게이트 신호들(GS1~GS6) 각각은 순차적으로 출력될 수 있다. 실시 예들에 따라, 각 게이트 신호(GS1~GS6)은 각 사이리스터(SCR1~SCR6)의 점호각에 맞추어 출력될 수 있다. 예컨대, 제1게이트 신호(GS1)는 제1구간(T1)에 출력될 수 있고, 제2게이트 신호(GS2)는 제2구간(T2)에 출력될 수 있다.
또한, 사이리스터들(SCR1~SCR6)은 루프를 구성하고, 직류 전압(VDC)가 정상적으로 공급되기 위해서는 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 적어도 두 개의 사이리스터들과 부하(L)가 지속적으로 루프를 구성해야 하므로, 교류 전압의 한 주기(2π) 동안 하나의 사이리스터에 대한 적어도 두 개의 게이트 신호가 요구된다. 예컨대, 제1게이트 신호(GS1)는 제1구간(T1) 및 제2구간(T2)에 출력되고, 제2게이트 신호(GS2)는 제2구간(T2) 및 제3구간(T3)에 출력될 수 있다.
이에 따라, 각 구간(T1~T6)에서 적어도 두 개의 사이리스터들이 턴-온되므로, 부하(L)로 직류 전압(VDC)이 정상적으로 인가될 수 있다.
도 4를 참조하면, 각 구간(T1~T6)에서의 사이리스터들(SCR1~SCR6)의 턴-온이 도시되어 있다. 구간들(T1~T6) 각각의 크기는 π/3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
사이리스터들(SCR1~SCR6) 각각은 게이트 신호들(GS1~GS6) 각각에 응답하여 턴-온될 수 있다. 예컨대, 제1사이리스터(SCR1)는 제1게이트 신호(GS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다.
각 구간(T1~T6)에서 적어도 두 개의 사이리스터들이 턴-온될 수 있고, 이에 따라, 각 구간(T1~T6) 마다 부하(L)에 직류 전압(VDC)가 인가될 수 있다. 예컨대, 제1구간(T1)에서는 제1사이리스터(SCR1) 및 제6사이리스터(SCR6)이 턴-온 되고, 제1사이리스터(SCR1), 제6사이리스터(SCR6) 및 부하(L)이 폐회로를 형성할 수 있다.
이처럼, 각 구간(T1~T6) 마다 두 개의 사이리스터들로 구성되는 사이리스터 쌍이 번갈아 가면서 턴-온됨으로써, 위상 제어 정류 회로(200)는 교류 전원(100)으로부터 인가된 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 고장 판단 장치(300)는 신호 수신부(310), 동기화 펄스 생성부(320) 및 고장 판단부(330)를 포함할 수 있다.
신호 수신부(310), 동기화 펄스 생성부(320) 및 고장 판단부(330) 각각은 대응하는 기능을 수행하도록 구성되는 회로 또는 프로세서를 의미할 수 있고, 신호 수신부(310), 동기화 펄스 생성부(320) 및 고장 판단부(330) 중 적어도 두 개의 구성은 하나의 회로 또는 프로세서로 구성될 수도 있다.
신호 수신부(310)는 위상 제어 정류 회로(200)와 관련된 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 실시 예들에 따라, 신호 수신부(310)는 위상 제어 정류 회로(200)로부터 위상 제어 정류 회로(200)와 관련된 신호를 수신하고, 수신된 신호를 동기화 펄스 생성부(320) 및 고장 판단부(330)로 전달할 수 있다.
실시 예들에 따라, 신호 수신부(310)는 위상 정류 회로(200)에 의해 생성된 게이트 신호(GS)를 수신할 수 있다. 예컨대, 타이밍 제어부(230)는 게이트 신호(GS)를 생성하고, 생성된 게이트 신호(GS)를 위상 제어 정류부(210) 및 신호 수신부(310)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 타이밍 제어부(230)는 게이트 신호(GS)를 위상 제어 정류부(210)로 출력하기 위한 제1출력 버퍼 및 게이트 신호(GS)를 신호 수신부(310)로 출력하기 위한 제2출력 버퍼를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따라, 신호 수신부(310)는 위상 제어 정류 회로(200)에 의해 생성된 직류 전압의 크기를 나타내는 측정 신호(MS)를 수신할 수 있다. 측정 신호(MS)는 위상 제어 정류 회로(200)에 의해 생성된 직류 전압의 측정 결과에 따라 생성된 신호일 수 있으며, 직류 전압의 크기를 나타낼 수 있다. 예컨대, 도 1를 참조하여 설명한 바와 같이, 측정 신호(MS)는 위상 제어 정류부(210) 또는 직류 전압 출력부(220)와 커플링된 홀 전류 트랜스듀서(HCT1 및 HCT2)에 의해 생성된 신호일 수 있다.
신호 수신부(310)는 게이트 신호(GS)를 동기화 펄스 생성부(320)로 출력할 수 있다. 또한, 신호 수신부(310)는 측정 신호(MS)를 고장 판단부(330)로 전송할 수 있다. 나아가, 신호 수신부(310)는 게이트 신호(GS)를 고장 판단부(330)로 전송할 수 있다.
동기화 펄스 생성부(320)는 게이트 신호(GS)를 수신하고, 게이트 신호(GS)에 기초하여 동기화 펄스(SPULSE)를 생성할 수 있다. 동기화 펄스(PULSE)는 게이트 신호(GS)와 동기화된 펄스 신호일 수 있다. 예컨대, 동기화 펄스(PULSE)는 제1게이트 신호(GS1)와 동기화된 펄스 신호로서, 동기화 펄스(PULSE)의 상승 에지(rising edge)의 타이밍 및 제1게이트 신호(GS1)의 상승 에지의 타이밍은 일치할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 동기화 펄스(PULSE)는 측정 신호(MS)에 포함된 각 구간이 위상 제어 정류 회로(200)에 포함된 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어떤 사이리스터에 대응하는 구간인지를 판단하는 데 사용될 수 있다.
동기화 펄스 생성부(320)는 생성된 동기화 펄스(SPULSE)를 고장 판단부(330)로 출력할 수 있다.
고장 판단부(330)는 위상 제어 정류 회로(200)로부터 출력된 신호들(GS, MS)에 기초하여 위상 제어 정류 회로(200)의 기능 고장을 판단할 수 있다. 실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 고장 판단을 수행하는 명령어들을 포함하는 프로그램을 저장하도록 구성된 메모리 및 상기 메모리와 연동되는 프로세서를 포함할 수 있고, 프로세서는 상기 메모리에 저장된 프로그램을 구동함으로써 고장 판단을 수행할 수 있다.
고장 판단부(330)는 측정 신호(MS)에 기초하여, 위상 제어 정류 회로(200)의 기능 고장을 판단할 수 있다. 실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 측정 신호(MS)에 의해 지시되는 직류 전압의 크기가 소정의 기준 범위를 벗어나는 경우, 위상 제어 정류 회로(200)의 기능이 고장난 것으로 판단할 수 있다.
실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 측정 신호(MS)와 동기화 펄스(SPULSE)에 기초하여, 위상 제어 정류부(210)에 포함된 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어떤 사이리스터가 고장난 것인지를 판단할 수 있다. 예컨대, 고장 판단부(330)는 측정 신호(MS)와 동기화 펄스(SPULSE)에 기초하여, 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 개방되거나 또는 단락된 사이리스터를 판단할 수 있다.
고장 판단부(330)는 게이트 신호(GS)에 기초하여, 위상 제어 정류 회로(200)의 기능 고장을 판단할 수 있다. 실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 게이트 신호(GS)가 지속적으로 출력되는지 여부에 기초하여, 타이밍 제어부(230)의 기능 고장을 판단할 수 있다.
도 6은 사이리스터들 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 제3사이리스터(SCR3)에 고장이 발생하여 개방(open)이 발생한다.
측정 신호(MS)는 직류 전압(VDC)의 크기를 나타내는 신호이므로, 위상 제어 정류 회로(200)가 정상적으로 작동하는 경우, 측정 신호(MS)는 직류 형태의 파형을 나타내어야 한다. 예컨대, 측정 신호(MS)는 입력된 교류 전압이 정상적으로 직류료 변환되었을 때의 크기의 범위(예컨대, 기준 범위(REF)) 이내에 위치하여야 한다.
그러나, 도 6에 도시된 바와 같이 제3사이리스터(SCR3)에 고장이 발생한 경우, 제3사이리스터(SCR3)가 턴-온되어야 하는 구간(즉, T3 및 T4)에 제3사이리스터(SCR3)을 통해 전류가 흐를 수 없기 때문에, 전류 측정기(HCT)로부터 출력된 측정 신호는 기준 범위를 벗어나게 된다(예컨대, 0). 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치는 이러한 현상을 기초로 하여 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어느 사이리스터에서 고장이 발생했는지를 판단할 수 있다.
도 7은 도 6의 상황에서의 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 고장 판단부(330)는 측정 신호(MS) 및 동기화 펄스(SPULSE)에 기초하여 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어떤 사이리스터가 고장난 것인지를 판단할 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 구간들(T1~T6) 중 제3구간(T3) 및 제4구간(T4)에서 측정 신호(MS)가 기준 범위(REF)를 벗어나는 경우, 사이리스터들(SCR1~SCR6)에 고장이 난 것으로 판단될 수 있다.
이 때, 측정 신호(MS)의 각 구간은 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 두 개의 사이리스터들로 구성되는 사이리스터 쌍에 대응하며, 사이리스터들(SCR1~SCR6)은 순차적으로 턴-온 된다. 따라서, 제3구간(T3) 및 제4구간(T4)에서 측정 신호(MS)가 기준 범위(REF)를 벗어났다는 것은 앞선 구간인 제3구간(T3)에 처음으로 턴-온되어야 하는 사이리스터에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 이 경우, 제3사이리스터(SCR3)에 고장이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
구체적으로, 고장 판단부(330)는 측정 신호(MS)와 동기화 펄스(SPULSE)에 기초하여, 기준 범위(REF)를 벗어나는 측정 신호(MS)의 구간(이하, 고장 구간)에 대응하는 사이리스터를 결정할 수 있다. 실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 측정 신호(MS)의 고장 구간과 동기화 펄스(SPULSE) 사이의 위상차에 기초하여, 측정 신호(MS)의 고장 구간에 대응하는 점호각을 결정하고, 복수의 사이리스터들 중 결정된 점호각에 대응하는 사이리스터가 고장난 것으로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 6 및 도 7의 경우, 동기화 펄스(SPULSE)는 제1게이트 신호(GS1)와 동기화 된 것이고, 사이리스터들(SCR1~SCR6) 사이의 점호각의 위상 차는 π/3이므로, 제3구간(T3)과 동기화 펄스(SPULSE) 사이의 위상 차이(예컨대, 2π/3)로부터 제3구간(T3)에 처음으로 턴-온되는 사이리스터가 제3사이리스터(SCR3)임이 판단될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)에 의해 출력되는 직류 전압의 크기로부터, 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어떤 사이리스터가 고장 났는지를 판단할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 사이리스터(SCR1~SCR6) 모두에 대한 점검 없이, 고장난 사이리스터만 선별적으로 점검할 수 있어, 위상 제어 정류 회로(200)의 유지 및 관리에 대한 비용 및 시간이 절약될 수 있는 효과가 있다.
도 8은 교류 전원에 병렬로 연결된 위상 제어 정류 회로들 중 어느 하나의 위상 제어 정류 회로의 사이리스터들 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 교류 전원에 두 개의 위상 제어 정류 회로(200 및 400)이 병렬로 연결되어 있고, 이들 중 위상 제어 정류 회로(200)의 제3사이리스터(SCR3)에 고장이 발생하여 개방(open)이 발생한다.
이 경우, 도 6과 달리, 위상 제어 정류 회로(200)의 한 단에 위치한 사이리스터에 고장이 발생하더라도, 위상 제어 정류 회로(200)와 병렬로 연결된 다른 위상 제어 정류 회로(400)를 통과하여 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 위상 제어 정류 회로(200)의 고장 여부를 판단하기 위해서는 위상 제어 정류 회로(200)의 P단의 전류 크기를 나타내는 P단 측정 신호(MS_P) 및 N단의 전류 크기를 나타내는 N단 측정 신호(MS_N)이 요구된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제3사이리스터(SCR3)에 고장이 발생하여 개방된 경우, 제3사이리스터(SCR3)가 턴-온되어야 하는 구간(즉, T3 및 T4)에 제3사이리스터(SCR3)을 통해 전류가 흐를 수 없다. 이 때, P단 전류 측정기(HCT_P)로부터 출력된 P단 측정 신호(MS_P)는 구간(T3 및 T4)에서 기준 범위를 벗어나게 된다(예컨대, 0). 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치는 이러한 현상을 기초로 하여 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어느 사이리스터에서 고장이 발생했는지를 판단할 수 있다.
도 9은 도 8의 상황에서의 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 9을 참조하면, 고장 판단부(330)는 측정 신호들(MS_P 및 MS_N) 및 동기화 펄스(SPULSE)에 기초하여 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어떤 사이리스터가 고장난 것인지를 판단할 수 있다.
도 7을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로, 고장 판단부(330)는 P단 측정 신호(MS_P)와 기준 범위(REF)를 비교하여 고장 구간(T3 및 T4)을 판단하고, 고장 구간(T3 및 T4)에 대응하는 사이리스터(즉, 제3사이리스터(SCR3))를 결정함으로써, 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중에서 고장난 사이리스터를 결정할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 고장 판단부(330)는 레지스터(REG)를 포함할 수 있다. 레지스터(REG)는 신호 수신부(310)로부터 전달되는 게이트 신호들(GS1~GS6)에 대응하는 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 레지스터(REG)는 복수의 비트 공간을 포함하고, 각 비트 공간은 게이트 신호들(GS1~GS6) 각각에 대응하는 값을 저장하도록 구성될 수 있다.
실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 게이트 신호들(GS1~GS6)에 대응하는 값을 주기적으로 레지스터(REG)에 저장할 수 있다. 예컨대, 고장 판단부(330)는 온-레벨의 게이트 신호(GS1)가 수신될 때, 비트 “1”을 대응하는 레지스터(REG)의 비트 공간에 저장할 수 있다.
고장 판단부(330)는 게이트 신호들(GS1~GS6) 각각에 대응하는 값을 레지스터(REG)에 저장할 수 있고, 레지스터(REG)에 저장된 값을 이용하여 위상 정류 제어 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다.
도 11을 참조하면, 고장 판단부(330)는 레지스터(REG)에 저장된 값에 기초하여, 위상 제어 정류 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다.
CASE1의 경우, 제1게이트 신호(GS1)는 정상적으로 출력되므로, 레지스터(REG)의 제1게이트 신호(GS1)에 대응하는 제1비트 공간에는 “1”이 저장되어 있을 수 있다. 또한, 주기적으로 레지스터(REG)가 초기화 되더라도(flush), 제1비트 공간에는 “1”이 저장되어 있을 수 있다.
CASE2의 경우, 제1게이트 신호(GS1)가 출력되지 않으므로, 레지스터(REG)의 제1게이트 신호(GS1)에 대응하는 제1비트 공간에는 “1”이 아닌 “0”이 저장되어 있을 수 있다.
CASE3의 경우, 제1게이트 신호(GS1)가 출력되다 출력되지 않으므로, 레지스터(REG)의 제1게이트 신호(GS1)에 대응하는 제1비트 공간에는 “1”이 저장되었다가, 레지스터(REG)가 초기화 되면 “1”이 아닌 “0”이 저장되어 있을 수 있다.
고장 판단부(330)는 레지스터(REG)의 게이트 신호들(GS1~GS6) 각각에 대응하는 비트 공간에 저장된 값에 기초하여, 위상 정류 제어 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다. 실시 예들에 따라, 고장 판단부(330)는 게이트 신호들(GS1~GS6)의 수신에 응답하여 레지스터(REG)의 각 비트 공간에 게이트 신호들(GS1~GS6)의 값을 저장할 수 있고, 이후, 레지스터(REG)의 각 비트 공간에 저장된 값을 리드함으로써 게이트 신호들(GS1~GS6)이 정상적으로 출력되는지 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 고장 판단부(330)는 주기적으로 레지스터(REG)를 초기화할 수 있다. 예컨대, 레지스터(REG)의 초기화 주기는 게이트 신호들(GS1~GS6)의 입력 주기보다 길 수 있다.
CASE1의 경우, 고장 판단부(330)는 레지스터(REG)의 제1비트 공간에 저장된 값이 “1”임으로부터, 제1게이트 신호(GS1)가 정상적으로 출력되는 것으로 판단할 수 있고, 따라서, 위상 제어 정류 회로(200)가 정상적으로 작동하는 것으로 판단할 수 있다.
CASE2 및 CASE3의 경우, 고장 판단부(330)는 레지스터(REG)의 제1비트 공간에 저장된 값이 “0”임으로부터, 제1게이트 신호(GS1)가 정상적으로 출력되지 않는 것으로 판단할 수 있고, 따라서, 위상 제어 정류 회로(200)가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 특히, CASE3의 경우, 초기에는 제1게이트 신호(GS1)가 정상적으로 출력되었으나, 레지스터(REG)의 초기화 이후에는 정상적으로 출력되지 않고, 고장 판단부(330)는 레지스터(REG)의 제1비트 공간에 저장된 값이 “0”임으로부터, 위상 제어 정류 회로(200)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)에 의해 출력되는 게이트 신호(또는 점호 신호)를 위상 제어 정류 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다
도 12는 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치의 작동 방법을 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하여 설명될 작동 방법을 수행하기 위한 프로그램은 비일시적인 저장 매체에 저장될 수 있고, 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 고장 판단 장치(300)는 위상 정류 제어 회로(200)로부터 게이트 신호(GS1~GS6)를 수신할 수 있다(S110). 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 위상 정류 제어 회로(200)에서 생성되어 사이리스터들(SCR1~SCR6)로 출력되는 게이트 신호(GS1~GS6)를 수신할 수 있다.
고장 판단 장치(300)는 게이트 신호들(GS1~GS6)에 기초하여 게이트 신호들(GS1~GS6)의 출력이 정상인지 여부를 판단할 수 있다(S120). 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 게이트 신호들(GS1~GS6)에 대응하는 값들을 레지스터에 기록하고, 레지스터에 기록된 값에 기초하여 게이트 신호들(GS1~GS6)의 출력이 정상인지 여부를 판단할 수 있다.
게이트 신호들(GS1~GS6)의 출력이 정상이 아닌 경우(S120의 N), 고장 판단 장치(300)는 위상 정류 제어 회로(200)가 고장난 것으로 판단할 수 있다(S130). 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 게이트 신호들(GS1~GS6)의 출력이 정상이 아닌 경우, 위상 정류 제어 회로(200)의 게이트 신호들(GS1~GS6)의 출력이 고장난 것임을 지시하는 알림 신호를 생성할 수 있다. 예컨대, 고장 판단 장치(300)는 알림 신호를 제어 회로(240)로 출력할 수 있고, 제어 회로(240)는 위상 제어 정류 제어 회로(200)의 동작을 중지시킬 수 있다.
게이트 신호들(GS1~GS6)의 출력이 정상인 경우(S120의 Y), 고장 판단 장치(300)는 위상 정류 제어 회로(200)의 직류 전압의 크기를 나타내는 측정 신호를 수신할 수 있다(S140). 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 위상 정류 제어 회로(200)에 결합된 전류 측정 장치로부터 측정 신호를 수신할 수 있다.
고장 판단 장치(300)는 측정 신호에 기초하여 직류 전압의 크기가 정상인지 여부를 판단할 수 있다(S150). 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 수신된 측정 신호가 교류 전원의 교류 전압이 변환된 직류의 크기에 대응하는 기준 범위 내인지 여부에 기초하여, 직류 전압의 크기가 정상인지 여부를 판단할 수 있다.
직류 전압의 크기가 정상이 아닐 때(S150의 N), 고장 판단 장치(300)는 위상 정류 제어 회로(200)가 고장난 것으로 판단할 수 있다(S160). 실시 예들에 따라, 고장 판단 장치(300)는 수신된 측정 신호에 기초하여, 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중에서 고장난 사이리스터를 판단하고, 이를 나타내는 고장 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)에 의해 출력되는 게이트 신호(또는 점호 신호)를 위상 제어 정류 회로(200)의 고장을 판단할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 고장 판단 장치(300)는 위상 제어 정류 회로(200)에 의해 출력되는 직류 전압의 크기로부터, 사이리스터들(SCR1~SCR6) 중 어떤 사이리스터가 고장 났는지를 판단할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 사이리스터(SCR1~SCR6) 모두에 대한 점검 없이, 고장난 사이리스터만 선별적으로 점검할 수 있어, 위상 제어 정류 회로(200)의 유지 및 관리에 대한 비용 및 시간이 절약될 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다..
100: 교류 전원 200: 위상 제어 정류 회로
210: 위상 제어 정류부 220: 직류 전압 출력부
230: 타이밍 제어부 240: 제어 회로
300: 고장 판단 장치 310: 신호 수신부
320: 동기화 펄스 생성부 330: 고장 판단부

Claims (11)

  1. 3상 변압기로부터 출력된 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 생성하는 위상 제어 정류 회로에 포함된 사이리스터들의 고장을 판단하기 위한 고장 판단 장치에 있어서, 상기 고장 판단 장치는,
    상기 위상 제어 정류 회로의 직류 전압의 크기와 연관된 측정 신호를 수신하도록 구성되는 신호 수신부;
    상기 사이리스터들을 턴-온하기 위한 점호 신호와 동기화된 동기화 펄스를 생성하도록 구성되는 동기화 펄스 생성부; 및
    상기 측정 신호에 고장 구간이 존재하는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 위상 제어 정류 회로의 고장을 판단하도록 구성되는 고장 판단부를 포함하고,
    상기 고장 판단부는,
    상기 동기화 펄스를 이용하여, 상기 사이리스터들 중에서 고장난 고장 사이리스터를 결정하는,
    고장 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3상 변압기는 R상, S상 및 T상의 교류 전압을 출력하고,
    상기 위상 제어 정류 회로는 R상, S상 및 T상 각각에 대응하는 사이리스터 쌍들을 포함하는,
    고장 판단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정 신호는 상기 위상 제어 정류 회로와 커플링된 홀 전류 트랜스듀서(hall current transducer (HCT))에 의해 측정된 신호인,
    고장 판단 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 동기화 펄스 생성부는,
    상기 사이리스터들 중 어느 하나의 사이리스터의 점호 신호의 상승 에지의 타이밍과 일치하는 타이밍의 상승 에지를 갖는 상기 동기화 펄스를 생성하는,
    고장 판단 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고장 판단부는,
    상기 측정 신호의 구간들 중에서, 상기 측정 신호가 기준 범위를 벗어나는 구간을 상기 고장 구간으로서 판단하는,
    고장 판단 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고장 판단부는,
    상기 동기화 펄스와 상기 고장 구간 사이의 위상차를 계산하고, 상기 위상차에 기초하여 상기 사이리스터들 중에서 상기 고장 사이리스터를 판단하는,
    고장 판단 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고장 판단부는,
    상기 계산된 위상차를 이용하여 상기 고장 구간에 대응하는 점호각을 결정하고, 상기 사이리스터들 중에서 결정된 점호각에 대응하는 사이리스터를 상기 고장 사이리스터로서 결정하는,
    고장 판단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호 수신부는 상기 위상 제어 정류 회로로부터 상기 사이리스터들로 출력되는 상기 점호 신호를 수신하는,
    고장 판단 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고장 판단부는,
    레지스터를 포함하고,
    상기 점호 신호의 수신에 응답하여 상기 점호 신호에 대응하는 값을 상기 레지스터에 저장하고, 상기 레지스터에 저장된 상기 점호 신호에 대응하는 값을 이용하여 상기 위상 제어 정류 회로의 고장을 판단하는,
    고장 판단 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고장 판단부는 상기 레지스터를 주기적으로 초기화하고,
    상기 레지스터의 초기화 주기는 상기 점호 신호의 수신 주기보다 긴,
    고장 판단 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 고장 판단부는,
    상기 레지스터에 저장된 상기 점호 신호에 대응하는 값에 기초한 고장 판단 이후에,
    상기 측정 신호에 기초한 고장 판단을 수행하는,
    고장 판단 장치.
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