KR830001603B1 - 전기차제어장치(電氣車制御裝置) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기차제어장치(電氣車制御裝置)

제1도는 본원 발명을 적용할 수 있는 회생(回生) 브레이크 주회로를 나타낸 접속도.

제2도는 본원 발명의 원리를 나타낸 특성곡선도.

제3도는 본원 발명에 의한 전기차 제어장치의 일례를 나타낸 블록도.

본원 발명은 전기차제어 장치에 관한 것이며 특히 직류직권주전동기(直流直卷主電動機)와 직렬로 저항기를 접속하고 초퍼(hopper) 제어에 의해서 희생브 레이를 행하는 제어장치의 저항기 단락 제어방식에 관한 것이다. 초퍼제어 전기차는 에너지 절약이나 노력절약이라고 하는 특징이 있으므로 보급되고 있으므로 보급되고 있지만, 그 희생브레이크 회로에서는 주전동(traction motor)기의 유기전압(誘起電壓)을 전차선 가선전압(電車線架線電壓)보다 낮게 눌러 놓지 않으면 진류 직권전동기의 자려현상(自勵現象)이 되어 제어 불능한 과전류가 흐를 염려가 있다. 이 때문에 희생브 레이크(regeneration bake)로 얻은 브레이크힘에 의해서 필요한 브레이크힘의 전부를 얻는 범위가 비교적 중(中), 저속도역에 한정되어 있다.

따라서 교외전차(郊外電車)와 같은 고속성능을 필요로 하는 전차등에서는 고속역에서 충분한 희생브레이크힘을 내기 위해서 A 주전동기의 계자(界磁)를 약하게 하거나, B주전동기의 초퍼의 접속을 직병렬(直

列)로 절환하거나, C주전동기와 직렬로 저항기를 삽입하는 등의 방법이 고려되고 있다.

이 가운데 상기(A)의 계자를 약화시키는 방법은 정류상(整流上)의 문제에서 극단적으로 계자를 약화시킬수는없으며, 또 충분한 브레이크 힘을 내기 위해서 과대한 주전동기 전류를 사용하면, 촙부(chop部)나 각기기가 매우 불경제적인 것이 되므로 적용범위에 일정한 한도가 있다.

또 상기(B)의 주동기나 초퍼의 접속을 직병렬로 절환하는 방식은 제어가 복잡하기 때문에 아직 실용화되어 있지 않다.

따라서 최근에는 제1도에 나타낸 바와 같은 주전동기 M과 직렬로 브레이크 저항기 BR을 접속하는 상기(C)의 방식이 가장 실용적인 것으로서 많이 채용되고 있다. 이 경우, 일반적으로는 저항기의 손실을 작게하기 위해서 어떤 속도 이하 즉 주전동기의 유기전압이 전차선전압 보다 낮게 되었을 때에 단락용 스위치 BK에 의해서 브레이크 저항기(BR)를 단락하는 방식이 일반적으로 채용되고 있다.

그리고 제1도에 있어서 pan은 집전자, FL은 필터리액터, FC는 필터콘덴서, FWD는 프라이휘일링 다이오우드, CH는 초퍼, MSL은 주방활리액터(main smoothring reactor), F는 주전동기계자, A는 전기자이다.

이와 같이 구성된 것에 있어서, 희생브 레이크의 정상운 전상태시에는 전기자 A의 유기전압을 전차선전압보다 낮은 값으로 유지하면서, 적당한 주기로 초퍼 CH를 온, 오프시킴으로써, 전기자전류를 소정의 값으로 야지하는 동시에 초퍼 CH가 "오프"로 되어 있는 기간에 전동기회로에 존재하는 인덕턴스(주로 주전동기계자 F 및 주평활리액터 MSL의 인덕턴스)의 단자에 발생하는 전압과 전기자 A의 유기전압의 합이 전차선 전압보다도 높아지고, 전류가 프리이 휘일다이오우드 FWD, 필터리 액터 FL를 지나서 전차선으로 송출된다. 이 전류는 전차선에 연결된 역행(力行) 운전중의 다른 전기차 등의 부하에 흡수된다.

여기서 브레이크 저항기의 단락조건은

E_M

E-E_O........................................................(1)

이 된다. 단 E_M은 주전동기유 기전압, E는 전차선전압, E_O는 제어 여유(餘裕)이다.

이 방식의 경우, 저속에서 브레이크지령을 주었을 때는 처음부터 이 조건을 만족하고 있으므로 브레이크 저항기 BR이 단락되어 있어도 되지만, 반대로 고속에서 브레이크 지령을 주었을 때는 정상치(定常値)에서는 조전동기 유기전압 E_M이 높고 상기 (1)식의 관계가 성립되지 않기 때문에 브레이크 저항기 BR을 삽입하게 된다.

그런데, 브레이크전류 상승의 과도시에는 주전동기유 기전압 E_M의 낮은 영역이 있기 때문에 상기 (1)식의 건조를 그대로 사용하면, 최초에 브레이크 저항 BR을 단락하는 지령이 나와서 주전동기유기 전압 E_M이 높은 값에 답하면, 즉시 단락지령이 해제되게 된다. 이렇게 하면 갑자기 전압, 전류가 상승하는 과도기에서는 이 제어의 응답이 미처 쫓아가지 못해서 고속에서 주전동기유기 전압 E_M이 높아졌음에도 불구하고 브레이크 저항기 BR이 단락되어 있어서 상술한 차려 현상역에 들어가 버리게 될 뿐만 아니라 가령 스위치를 개방하는 제어가 재빨리 응답할수 있었다고 하더라도 스위치로 전류를 차단하게 되어, 접점부의 보수면에서 보아 초퍼도입의 효과를 없애게 된다.

이와 같은 문제를 해결하는 수단으로서 현재 사용되고 있는 제1의 제어방법은 속도에 구애됨이 없이, 브레이크 지령시는 스위치를 개방하여 브레이크저항기 BR을 주전동기 M와 직렬로 삽입해 두고, 주전동기 유기전압 E_M이 정정(整定)되는 시간의 경과후에 있어서 상술한 (1)식의 관계가 만족되었을 때, 브레이크 저항기 BR을 단락하는 방법이 있다. 그런데 이 방법에는 다음과 같은 결점이 있다. 즉 주전동기 유기전압 E_M이 정정되는 시간으로서 특정의 시한회로를 설치하고 있으므로, 이 기간은 강제저긍로 저항기 BR이 삽입되기 때문에, 본래 속도의 면에서 생각해서 단락되어도 좋은 영역에서도 저항기 BR에 의한 손실이 발생하고 에너지 절약을 주목적으로 하고 있는 초퍼의 이점을 살릴 수 없게 된다.

또 제2의 제어방법으로서는 어떤 특정의 속도신호를 이용하여 브레이크 지령을 했을 때의 속도가 어떤 값이하이라면, 처음부터 브레이크 저항기 BR을 단락해 놓은 이른바 초속도연산방식(初速度演算方式)으로 하고 어떤 속도 이상에서 브레이크 지령이 나왔을 때는 브레이크저항기 BR을 삽입해 두고, 상술한 (1)식의 관계가 성립하고 나서 브레이크 저항기 BR을 단락하는 제어방법이 있다.

그런데 이 방법에도 다음과 같은 결점이 있다. 즉 이 방시긍로 설정하는 속도치는 제2도와 같이 최대 브레이크 지령시에서도 자려현상역에 들어가지 않도록 낮은 속도 V_O로 설정할 필요가 있다. 이 경우, 운전사가 브레이크를 걸기 시작할 때에 작은 브레이크 지령을 다용(多用)하면, 사선부(斜線部)와 같이 불필요한 저항기 손실이 발생하는 것은 아니며, 브레이크 지령시에 브레이크 저항기가 먼저 삽입되지만, 상술한 (1)식의 관계를 만족하고 있게 때문에 상술한 제1의 제어방식의 경우와 마찬가지로 어떤 시한후에 저항을 단락하게 된다.

본원 발명은 이상과 같은 점을 고려해서 이루어진 것으로, 지령한 브레이크힘에 응해서 가장 적합한 저항단락조건을 경정함으로써 불필요한 저항기 손실을 되도록 없애고, 이것에 의해 에너지 절약기기로서의 초퍼의 특징을 살리도록 한 것이다.

다음에 도면에 의거하여 본원 발명의 일례를 상술한다. 본원 발명의 원리는 제2도에 있어서 상술한 (1)식의 관계를 만족하는 곡선 K₁(즉 브레이크 저항 BR=OΩ)을 저항단락의 조건으로 할 수 있도록, 전차의 속도와 지령된 브레이크힘과, 전차선전압을 연상에 의해 얻고자 하는 것이다. 즉 이 곡 선은 K₁전차선전압이 정해지면 노치(notch) 곡선상 하나의 곡선으로 결정되어 버리므로, 브레이크 힘지령치에 의해서 속도 함수를 속도패터언으로서 근사적(近似的)으로 만들고, 실제의 전차속도와 비교해서 전차속도와 비교해서 전차속도가 이 속도패터언보다 낮으면 저항을 단락시킨다.

이러한 연산은 제3도의 구성에 의해서 실행된다. 즉 전차선전압검출기 (1)에 의해서 검출한 전차선전압 E를 속도패터 언발생회로(2)에 입력함으로써, 제2도의 곡선 K₁~K_n의 하나를 지정하고, 브레이크 지렁치회로(3)의 지령치 B_E에 대응한 속도함수

VP(=f (_EB_E))를 송출한다.

이 속도함수 V_P는 전차속도 검출기(4)에 의해서 검출된 전차속도V와 비교기(5)로 비교되고.

V＜VP...................................................(2)

일때, 브레이크 지령기(6)로부터의 브레이크 지령이 도래하고 있는 것을 조건으로 하여 단락용 스위치 여자회로(7)를 동작시킨다.

이렇게 하여 단락용 스위치가 BK가 단락되는 동시에, 이 단락상태는 자기유지회로(8)에 의해서 자기유지 된다. 그런데 이 단락용 스위치 BK의 자기유지는 한번 단락된 다음은 조건의 변동에 의해서도 브레이크 지령기(6)로부터의 브레이크 지령이 계속되는 한 스위치 BK가 개방해서 전류를 차단하지 않도록 하기 위해서 행해진다.

그런데 전차선전압의 저하등으로 상술한 (1)식을 만족하지 않게 되었을 때는 브레이크힘을 내려서 (즉 주전동기전류를 조여서) 상술한 (1)식을 만족시키도록 한다. 이때는 공기 브레이크등으로 브레이크 힘을 보충하게 된다.

이상과 같이 본원 발명에 의하면 세계의 파라미터(즉 전차의 속도, 브레이크 지령치 및 전차선전압)에 의거해서 간단한 연산을 실행함으로써 브레이크 저항기 BR의 단락을 상시 가장 적합한 조건으로 행할 수 있고, 이것에 의해 브레이크 저항기 BR에 의한 손실을 최소한으로 억제할 수 있다.

Claims (1)

1. 초퍼에 의해서 제어되는 주전동기와 직렬로 브레이크 저항기를 접속하고, 이 브레이크 저항기를 단락하기 위한 스위치를 설치하여, 초퍼를 사용해서 회생브레이크를 행하도록 한 전기차제어 장치에 있어서, 브레이크 힘지령치와 전차선전압에 의해서 전기차의 속도페터언을 연산하고, 이 속도페터언과 전기차의 검출속도와의 비교결과에 의거하여 상기 브레이크 저항기를 단락하도록 구성한 것을 특징으로하는 전기차 제어장치.

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