KR890004215B1 - 쵸퍼 콘트롤 시스템(Chopper control system) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

쵸퍼 콘트롤 시스템(Chopper control system)

제1도는 기존 쵸퍼 시스템의 일반적인 회로의 도면.

제2도는 제1도의 쵸퍼 시스템의 동작 파형도.

제3도는 기존 쵸퍼 콘트롤 모델의 계통도.

제4도는 본 발명에 따르는 콘트롤 모델의 계통도.

제5도는 본 발명에 따르는 콘트롤 회로도.

제6도는 제5도의 회로의 동작 파형도.

제7도는 본 발명에 따르는 일반적 구성도.

제8도는 본 발명의 콘트롤 시스템의 계통도.

제9도는 전력 측정 회로도.

제10도는 본 발명에 따르는 콘트롤 부를 위한 계수 회로도.

제11도는 본 발명에 따르는 재생 콘트롤 시스템의 일반적인 구성도.

제12도는 동 시스템의 동작 파형도.

제13도는 본 발명에 따르는 쵸퍼와 모오터의 재생 모오드의 회로도.

제14도는 제13도의 등가 회로도.

제15도는 본 발명에 따르는 재생 콘트롤 동작 파형도.

제16도는 재생 콘트롤 회로도.

제17도는 바퀴(whell)의 진행과 미끄럼을 방지하기 위한 콘트롤 시스템의 계통도.

제18도는 과전압 보호 콘트롤 회로의 계통도.

제19도는 본 발명의 미끄럼 특성의 설명도.

본 발명은 궤도용 차량이나 그와 유사한 것에 사용되는 콘트롤 회로에서 쵸퍼 콘트롤용 게이트(gate)콘트롤 방법에 관한 것이다.

본 발명이 대표적으로 응용되는 궤도용 차량에 대해서 구체적으로 설명하기로 하겠다.

기존의 쵸퍼 콘트롤 시스템은 전동기 전류가 콘트롤 장치로 궤환되어서 콘트롤되는 궤환콘트롤에 의한 것이다. 그러나, 시스템의 비선형성이나 다른 요인으로 인해서, 특히 공급선(stringing)전압의 변화에 쉽게 영향을 받는 전류를 안정화 시키기가 어렵기 때문에 문제가 있었다.

일반적으로, 문제의 차량이 재생 모오드에 있을때, 같은 공급선 전압 아래에 잇는 다른 차량에 의한 전력 소비량은 그들의 동작 모오드에 따르며, 어떤 경우에는 인가된 어떤 부하(load)가 전혀 없을수 있다. 그런 경우에는, 재생 된 전력이 소비되지 않고, 공급선 전압이 갑자기 증가하게 된다.

이런식으로 공급선 전압이 증가하는 경우에는 다이리스터(thyrister)의 항복 전압 때문에 쵸퍼를 차단할 필요가 있다. 이러한 목적으로, 재생된 전력은 부하의 양에 따라서 연속적으로 콘트롤 되어야 한다. 기존의 시스템에서는 이런 문제가 완전히 제거되지 않았으므로, 재생 동작이 쵸퍼가 차단되어 있기 때문에 불가능하곤 했었다.

더구나, 응답의 문제 때문에 차량의 바퀴의 진행과 미끄럼을 방지할 효과적인 방법이 없었다.

한편, 개발중인 유도 전동기와 인버어터(Inverter)의 조합으로 구성되는 VVVF라고 불리는 구동 시스템은 직류 전동기와 쵸퍼의 조합으로 된 것보다 우수하다. 그렇지만, 이 구동 시스템은 인버어터의 크기가 커지게되는 문제를 갖고 있다.

이런 문제들의 관점에서, 본 발명의 목적은 고성능이고, 안정성이 높은 쵸퍼 게이트 콘트롤 시스템으로서, 기존의 궤환시스템과는 달리 고응답이고, 고안정이 동시에 얻어지는 것으로, 재생 된 전력에 대한 부하의 변화에의 응답성과 궤도용 차량의 특정한 바퀴의 진행과 미끄럼에 대한 부착성(adherence)을 향상시킨 것을 제공하는 것이다.

이런 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따라 전원 전압이 주기적으로 촙(chop)되어서 변환되어 지고, 변환된 전압으로 모오터 시스템을 구동하게 되는 쵸퍼 장치와 쵸퍼장치의 도통기간에 공급된 전력 적산량을 계산하는 수단과,적산된 양이 미리 지정 된 수준에 이르면 쵸퍼 장치를 차단하기 위한 수단으로 구성되는 쵸퍼 콘트롤 시스템을 제공한다.

본 발명은 다음에 첨부된 도면 및 명세서에 의하여 명확하게 될 것이다.

본 발명의 실시예의 설명에 앞서, 기존시스템의 원리와 문제들에 대해서 다음에 기술하겠다.

제1도는 전기 초퍼의 일반적인 구성도이며, 여기서 (1)은 전원공급장치(power supply),(2)는 스위칭 소자, (3)은 부하가 되는 모오터의 전기자(armature), (4)는 평활용 리액턴스(tractance), (5)는 모오터의 계자(界磁 : field)권선, (6)은 플라이 휠 다이오드, (7)은 스위칭 소자를 콘트롤 하기 위한 게이트 펄스 변압기 (transformer)이다. (8)은 게이트 콘트롤 장치이다. 스위칭소자(2)는 게이트 콘트롤 장치(8)에 의해 개폐(on-off)콘트롤 되도록 되어 있다고 가정한다. 제2도에 표시된 바와같이, 쵸퍼 출력 전압 V_C는 스위칭 소자(2)와 다이오드(6)에서의 전압 강하가 무시할만 하다고 가정하면 전원 전압 V_L만큼 높은 구형파 모양을 한 전압이다. 모오터의 전류 i_M은 평활용 리액터(4)와 플라이 휠 다이오드(6)에 의해서 연속적인 맥동하는 전류 정형 되어지고, 이 전류에 비례하는 토오크(torque)가 전동기에서 발생된다. 이 전류의 평균값을 바라는 수준으로 콘트롤 하기 위해서 모오터의 평균 전류 I_M이 스위치의 도통 기간 T_θ를 콘트를 하도록 궤환된다.

그러나, 이런 방법으로는 전동기 전류 i_M을 평균화 시키기 위해 쓰인 여과기(filter)의 시정수(時定數)에 의한 지연 영향 때문에, 그리고 과거에 결과를 바탕으로 콘트롤이 수행되는 궤환 조절 때문에 시스템을 안정화 시키기 위해서는 고도의 기술이 필요하다.

이런 문제를 해결하는 방법은 전류를 직접 검출하고 게이트를 그 상한과 하향에서 on-off시키는 것이다. 이런 방법의 문제는 쵸핑(chopping)주파수가 전체 시스템의 전달 함수(函數)에 의하여 정해지는 데로 변하여, 종종 전동 차량의 신호 시스템에 유도교란을 가져온다는 것이다.

만약 게이트가 일정한 주파수에서 동작하고, 전류만이 측정 되려면, 게이트의 개방에서 차단까지의 기간동안 실패없이 출력전류 i_M이나 I_M의 미리 정해진 값을 얻기 위해서 게이트의 시간 위치를 결정하는 것이 필요하다. 그러나, 게이트가 차단된 뒤에 다이오드(6)의 플라이 휠 효과로 영향 받는 평균 전류 값은, 모오터의 전류 값뿐만이 아니라 시스템의 정수와 모오터의 속도에 영향을 받는다.

그러므로, 여기서는 일반적으로 평균 전류가 콘트롤을 위해서 사용된다.

궤동용 차량의 재생 콘트롤에서 재생 된 전력을 소비하는 부하의 양은 일정하지 않다. 부하가 재생된 전력을 소비하기에 충분한 용량을 갖지 못하면, 증가하는 전원 전압을 측정하고 재생된 전력이 과전압이 되지 않도록 억제하는 것이 필요하다. 그러나, 그에 대한 문제로 충분히 낮은 부하 수준까지의 연속적인 콘트롤은 어려우며, 과도하게 작은 부하에 대한 과전압이 발생해서 쵸퍼가 보호회로에 의해서 분리되게 된다.

게다가, 궤도와 바퀴 사이의 밀착계수(adherence coefficiet)에 따라서 바퀴의 진행과 미끄럼의 현상에 의한 철도의 독특한 문제가 있다.

만일 게이트 차단점 이후의 전류값을 포함해서 평균 전류값을 예측할 수 있다면, 게이트가 차단될 때까지 평균 전류를 측정하거나 시스템의 지연 소자를 고려할 필요가 없게 될 것이고, 따라서 시스템을 안정하게 되고 간단하게 될 것이다.

게이트 차단점은 다음에 기술된 것과 같은 방법으로 결정될수 있다. 먼저, 쵸퍼의 원리에 따라서 게이트 차단 기간동안에 스위치(2)로 부터 공급된 에너지는 사이클 기간 동안에 부하에 입력된 에너지와 같으며, 따라서 만일 게이트 개방 동안에 스위치(2)를 통해서 전동기에 공급되는 에너지가 콘트롤 될 수 있다면, 전동기 동작의 단위 시간 당 에너지인 전력을 완전히 콘트롤 할 수 있을 것이다.

이 에너지는 스위치를 통해서 흐르는 전류와 그 출력 전압의 곱의 적산량으로 주어지며, 에너지 콘트롤은 적산량이 바라는 값에 도달하였을 때에 게이트를 차단하므로써 실현될 수 있다.

모오터의 전력 P_M은 전동기 속력 N_M고 토오크 T_M을 다음과 같이 곱하는 것으로 표시된다.

P_M=N_M·T_M…………………………………………………………………(1)

전동기의 손실을 무시하면, 이 전력은 초퍼 공급에너지를 주로 나눈 값과 같을 것이다.

그러므로, 바라는 토오크 T_M이 얻어지려면, 게이트는 지시 토오크 T₁과 모오터의 속력 N_M과를 곱한 값을 기초로 콘트롤 되어야 한다. 그러면, 모오터 토오크 T_M을 콘트롤 해서 모오터전류가 콘트롤 되는 것이 가능할 것이다. 모어터 전류를 콘트롤 하는 것이 과전류 보호의 경우 이외에는 바라는 토오크를 만드는 유일한 간접적인 수단이고, 명백히 필요한 것은 토오크를 콘트롤 하는 것이다.

제4도는 본 발명의 기초를 형성하는 전력 콘트롤 형의 모오터를 포함한 시스템의 콘트롤 모델을 도시한 것이다. 참조문자(M(s))는 모오터의 전달함수를 표시하고, 지시 토오크 T₁와 모오터 속력 N_M의 곱으로 주어진 전력이 전동기에 공급된다. 제5도는 제4도의 시스템을 구성하는 데 필요한 전력 콘트롤용 게이트 콘트롤 방법을 표시하는 아날로그 회로도이다.

제5도에서 참조번호(81)은 전류와 전압의 곱을 만드는 곱셈기를 표시하며, (83)은 적분기, (84)는 비교기, 그리고 (86)은 게이트 개폐신호를 만들기 위한 플립플롭(flip-flop)이다.

제6도는 회로의 동작 원리와 쵸퍼의 동작을 표시하고 있다. 제5도에서, 쵸퍼 게이트를 ON시키기 위해서는 플립플롭(86)의 셋(set)입력에 셋펄스가 걸리게 된다. 이런 방법으로, 쵸퍼 게이트가 ON되고, 동시에 곱셈기(81)에서, 전압 V_L과 전류 i_c의 곱을 계산한다. 이 얻어진 곱은 적분기(83)에서 Pcdt를 만들기 위해서 적분된다. 한편에, 지시 전력 P_i가 비교기(84)에 Pcdt와 함께 인가되어 비교되어서, Pcdt가 P_i와 같아지면 플립플롭(86)은 적분을 영으로 초기 설정시키는 것과 동시에 리셋트 된다. 그렇게 함으로써, 쵸퍼 스위치의 전력을 도통시키는 동안의 에너지와 지시 전력(실제로 쵸퍼 기간 T동안의 에너지이고, 정확하게 필요한 전력에다 주기 T를 곱한 값이다), 이 서로 같아지게 된다.

제7도는 상술한 방법을 사용한 초퍼의 예로서, 전류가 모오터전류 i_M에 의해서가 아니라 쵸퍼 전류 i_c에 의해 측정되고, 지시 토오크 T_i를 전력 P_i로 바꾸기 위해서 게이트 콘트롤 장치가 속도계 발신기(tacho generator)10과 함께 마련된다는 점에서 제1도의 회로와 다른 것이고, 여기서 상기 속도계 발신기는 전동기 속력을 측정하기 위한 입력단자와 쵸퍼 출력 전력을 측정하기 위한 압력 전압 V_L의 측정 단자를 갖고 있다.

제8도는 이 시스템에서 게이트 콘트롤 장치(8)의 계통도이며, 제5도의 계통도에 포함된 장치에 추가하여 게이트 펄스 출력 구동기(87), 지시 토오크 T_i와 속력 N_M의 곱을 계산하기 위한 곱셈기(82)와 게이트가 ON되는 타이밍을 주기 위한 셋 펄스 발생기(85)와 함께 마련되어 있다.

스위치(2)에서의 전압 강하가 전원 전압과 비교해서 무시할수 있으므로, 쵸퍼 출력전압 V_c가 아니라 전원전압 V_L이 측정되며, 그래서 출력 단자에서 전압이 측정될수 있다. 제9도는 전압과 전류의 곱을 얻기 위한 곱셈기로 홀(hall)효과소자를 사용한 예를 표시한다. 쵸퍼전류 i_c와 전압 V_L에 비례하는 전류 i_V가 각각 코일과 홀 효과 소자에 공급되면 전압과 전류의 곱인 전력이 그 출력 단자에 나타난다. 이런 방법으로, 절연한채로 고전압 회로에서 직류 전류(이 경우 단속된 전류)를 측정하기 위한 어떤 전류 변환기를 사용하지 않고 높은 응답으로 직접 전력이 측정될 수 있다.

제10도는 측정 신호의 일부분으로 펄스를 사용한 계수 과정을 간략화 하는 방법을 표시한다. 전력 값은 전압-주파수 변환기(83)에 의해서 그 값에 비례하는 펄스로 변환되고, 적분기는 간략화를 위해서 계수기(832)로 대치된다. 비교될 계수량 P_i는 게이트를 ON시키는 타이밍에 셋 되고, 계수치가 영으로 카운트 다운 되면 리셋트 펄스 R이 만들어진다.

펄스를 사용하는 또 다른 장점은 고 전압 회로와 콘트롤 회로를 분리하기 위한 특별한 변환기 대신에 광섬유 같은 절연하기 편리한 신호선이 사용될수 있다는 것이다.

나아가서, 회전 엔코우더(rotary encoder)같은 것이 속도 발생기(10)으로 쓰일 수 있고, 만일 회전 엔코우더의 출력이 속력에 비례하는 주파수의 펄스로 만들어지면, 직류 전원을 사용한 아날로그 측정에서 발생할 수 있는 오차나 변동이 제거되어서 회전 속도를 정확하게 측정할 수 있다. 동시에 속도 N_M과 지시 토오크 T_i의 곱은 펄스가 도달할 때마다 T_i에 비례하는 계수량을 적산함으로써 계산할 수 있으므로, 계산이 간단해진다.

공급된 전력이 쵸퍼에서 전동기로 흘러가는 구동(powering)동작의 전술한 경우와는 달리, 제11도는 전동기가 감속되어서 에너지를 전원 측으로 되돌리는 재생의 구성을 보여준다. 이 구성은 다이오드(6)이 스위치소자(2)를 대신해서 정류방향이 반대 방향이고 게이트 콘트롤 장치가 다르게 작용한다는 점에서 구동 동작과 다르다.

제12도는 제11도에 표시된 회로의 동작 전압과 전류 파형을 표시한다. 스위치가 ON될때, V_c가 영인 상태에서 흐르는 전류 i_C는 에너지를 리액턴스(4)에다 축적하는데 쓰이고, 이 에너지는 전원 공급기에 스위치 차단 기간 동안에 다이오드(6)을 통해서 되돌아 가게 된다. 이런 구성에서, 모오터 전압 V_M이 전원 전압 V_L보다낮은 것이 요구된다. 그런 전압 관계는 계자 전류 i_f를 적절히 선택함으로써 실현될 수 있고, 그런 조건은 이 경우 완전하다고 가정되었다.

이 회로 구성의 문제는 재생 에너지(구동을 위한 주입 에너지와 반대되는)가 쵸퍼 차단 기간에 발생되어서 구동의 경우와는 달리 쵸퍼 개방 기간 동안에는 콘트롤이 불가능하게 만든다는 것이다.

제11도에 표시된 회로의 중요부분은 제13도에다 다른 모양으로 표시하였다. 구동의 경우와 비교해서 보면, 전력 공급과 스위치와 다이오드의 방향이 반대이고, 모오터의 음극 단자가 다이오드(6)이 아닌 스위치 소자에 연결되었다는 것이 명백할 것이다.

제14도는 제13도의 등가 회로도이다. 제14도에서, 모오터(3)(이 경우 발전기)는 가장 전동기(31)과 가상 전류원(電流原)(32)에 의해서 이루어져 있고, 전압과 전류가 반대 방향이라는 것 외에는 회로 구성은 구동의 경우와 동일하다.

전류원(32)의 전류를 전동기 전류(i_M)와 같게 함으로써, 전동기(3)의 동등한 동작이 얻어진다. 그러나, 전동기(3)의 단자가 전원에 직접 연결되므로 쵸퍼 스위치(2)는 가상 전동기(31)를 동등하게 조절한다.

이런 조건에서, 가상 전동기의 등가 압력 전력 P_M'는 전류원(32)로 부터, 전원 측으로 되돌려지는 전력은 P_R=V_L×I_M에서 전동기의 실제 재생 전력 P_M을 뺀 것으로 주어지므로 그 값은

P_M'=P_R-P_M=V_L·I_M-P_M…………………………………………………(2)

으로 표현된다.

다시 말하면, 만일 P_M'=V_L·I_M-P_M형식의 지시 전력이 가상 전동기(31)에 주어지면 상당한 재생 전력 P_M이 얻어진다 그러므로, 구동 콘트롤을 위한 지시 전력 P_M과는 대조적으로 지시치 V_L·I_M-P_M이 재생의 경우에 인가되어서, 구동 콘트롤을 위한 것과 같은 개념으로 재생을 콘트롤 할 수 있게 된다.

앞에 인용된 식에서, 참조 문자 I_M은 구동 콘트롤 때에는 불필요한 것이며, 필요한 감속 토오크 T_i를 발생시키는 지시 전류를 나타낸다. 만일 계자 전류가 일정하면 그 값 I_M은 토오크 T_i에 비례하게 정해질 수 있지만, 자장(磁場)이 변화하는 경우에는 계자 전류가 따라서 변환인자가 변화되어야 한다.

제16도는 상술한 재생 콘트롤의 방법을 나타내는 아날로그 회로도이다. 제8도에 표시한 구동 콘트롤과 비교해 보면, 계수 곱셈기(810), 곱셈기(89)와 가산기(88)이 지시 전력 P_i'를 만들기 위해서 추가로 포함되었다.

그러므로, 지시 전력에 관한 부분이 구동 콘트롤과 재생 콘트롤 사이에서 개폐 조작되면, 같은 방법으로 두 경우를 모두 콘트롤 할 수 있다.

본 발명에 따른 콘트롤 방법의 원리와 실시예에 대하여 아날로그 회로인 경우를 예로 들어서 이상 설명하였다. 그러나 대응하는 디지탈 회로나 마이크로 컴퓨터 같은 것에 의한 처리로 동일한 효과가 실현될 수 있다는 것이 명백하다.

상술한 방법에서, 모오터와 평활(平滑)용 리액터의 시정수가 쵸퍼의 주입 에너지(적산된 전력값)을 단위 기간안에 미리 지정된 값에 이르지 못하게 해서 그 기간에 게이트 차단점을 결정 할 수 없게 되는 경우도 있을수 있다. 그런 경우에는, 지시값을 갑작스럽지 않게 천천히 변화시키거나 적산량이 목표값에 있지 않더라도 최대 전도 기간에 다다르면 강제적으로 게이트 차단 동작을 하도록 최대 전도 기간을 설정함으로써 문제를 해결할 수 있다.

이 방법에 따르면 모오터 전류가 직접 콘트롤 되지 않으므로, 바라는 전류 값이 모오터의 손실 때문에 얻어지지 않을 수 도 있다. 그런 경우에는, 만일 모오터의 손실로서 저항 손실이 포함되어 있다면, 모오터의 전류 I_M과 그 내부 저항 R에 의하여 계산되는 값 I_M ²·R로 표시되는 값을 지시값에다가 미리 보태주므로서 보상(Compensation)할 수가 있다.

나아가서, 모오터를 콘트롤 시스템으로 궤환시키므로서 불안정한 인자가 보상될 수 있다.

특히 속력이 영에서 출발할 때에는 모오터 축의 모든 전력 소비가 저항 손실이므로, 앞서의 지시값에 이 손실을 가산 할 필요가 있다.

본 발명에 따른 쵸퍼 콘트롤 시스템의 기본적인 원리에 대하여 이상 설명하였다. 다음에는 본 발명에 따른 시스템의 효과를 향상시키기 위한 재생 콘트롤을 할 때에 부하변동에 대한 과전압 방지를 위한 수단에 대한 설명을 한다.

과전압은 재생 동작시에 재생 전력보다 부하의 전력소비가 작을 때 나타난다.

본 발명에서의 이 문제를 제거하는 가장 간단한 방법은 참조전압 V_LM을 전원 전압의 증가에 대해서 설정하고, 전원 전압 V_L이 참조 전압 V_LM을 넘어서면, 전원 전압 자체가 아닌 식(2)의 우변에 있는 V_L·I_M에서 전압 V_L이 감소되게 하여 재생 전압을 수시로 콘트롤 하도록 하는 것이다.

예를들어서, 재생 전압을 과전압에 따라서 감소시키는 방법은,

P_M'=V_L·I_M-P_M, V_L<V_LM

P_M'={V_L-k(V_L-V_LM)}·I_M-P_M, V_L>V_LM(3)

에 의해서 실현될 수 있다. 재생 전압의 감소는 비례적일 필요가 있다기 보다는 식(3)의 모든 좌변이 식(3)에 관계없이 감소될 수 있다.

그런, 식(3)의 방법에서 모오터의 속력이나 토오크로 P_M이 클때에는, 전압 상승이 상승비율에 증가해서, 식(3)의 우변의 값이 일찍 감소되어서, 모든 우변의 감소에 비례적인 것보다 과전압 억제 효과가 크게 나타나게 한다. 제18도는 제16도의 콘트롤부에 이런 과전압 억제 기능이 추가 되었고, (812)는 참조 전원 V_LM과 전원 전압 V_L으로부터는 감소된 전압 V_L'를 만들기 위한 장치를 표시한다. 목표 P_i'가 영보다 작거나 같아지게 되면, 게이트가 작동하지 않도록 되어서 재생 동작을 완전히 정지하게 된다.

이제, 또다른 문제인 바퀴의 진행과 미끄럼을 감소시키는 방법을 설명하기로 하겠다.

일반적으로, 철도용 차량의 진행과 미끄럼은 가속이나 감속이 과도하게 증가하고 견인력이나 브레이크의 힘이 바퀴와 궤도 사이의 마찰력을 능가할 때 발생한다. 이런 진행과 미끄럼을 감소시키는 한가지 방법은 구동시스템이 정속도(定速度)특성을 갖게 해서 모오터의 속도가 정해진 속도에 관계되는 속도로 변화하였을 경우에는 토오크를 변화하게 하는 것이다.

일반적으로, 분권 전동기는 정속도 특성을 갖는다. 그러나, 궤도용 차량에 있어서는 구도 시스템의 콘트롤에 의하여 정토오크 특성이 만들어지므로 분권 전동기의 특성은 완전히 없어진다. 콘트롤을 위해서는, 서로 양립할 수 없는 정속도 특성과 정 토오크 특성 모두의 요구를 만족시킬 필요가 있다. 이는 다음에 기술되는 수단으로 실현된다.

단순화 시킨 구동 콘트롤을 가정한다. 제5도는 콘트롤 계통도에서, 모오터의 속도 N_M이 측정되고, 모오터의 속도 N_M을 기초로 콘트롤 목표 P_i가 얻어진다. 만일 N_M이 쵸퍼에 의해서 구동되는 전동기의 회전 속력이 아닌 실제 속도 V_T로 가정하면, V_T와 N_M은 진행과 미끄럼이 없을 때에는 서로 비례하고 계수를 조정함으로써 완전히 동등하게 콘트롤 될 수 있다. 한편, 진행과 미끄럼이 있을때 지시 목표 P_i는 V_T로 부터 계산되기 때문에 모오터 입력 전력은 속도 N_M에 대해서 변하지 않고 그대로 있게 되므로 N_M의 증가량 만큼 노오크가 감소하게 되는 결과로 된다. 그러나, 이런 감소 특성은 속도 N_M에 오직 역비례하기 때문에 만족 스럽지 못한것이다.

토오크 감소효과를 보다 향상시키는 수단은 다음에 기술하는 것처럼 분권(分捲)특성을 더해 주면 얻어진다.

토오크의 특성은 목표치 P_g를 설정하고 쵸핑 전력 Pc를 측정하기 위한 회로 구성 부분에 의해서 결정된다.

Pc를 측정하기 위한 회로는 Pc를 측정하고 실효 전력(real power)를 적분해서 정전력 특성을 얻어서 정 토오크 특성을 만든다. 정 전력 특성과 함께 정 전압 특성을 만드는 기능이 함께 마련되어서 게이트 차단 시간을 둘 다 결정하려면,정 토오크와 정속도 특성이 동시에 실현되어야 한다.

그런 수단은 제l7도에 도시한 실시예로 마련되는데,여기서(81b),(83b),(84b)(8l1)은 정전압 콘트롤 기능으로 제5도의 계통도에 추가된 것을 표시하며, 문자 V_T는 제5도의 모오터 속도 N_M을 대신하는 열차속도이다. 간략화 하기 위해서, V_T는 진행과 미끄럼이 없는 경우에는 비례상수 1로 N_M과 같다고 가정한다.

만일, 차량이 정 토오크를 갖고 정상 상태로 주행하면, 소자(81),(83)과(84)는 정 토오크를 얻기 위한 게이트 차단 시간을 결정한다.이 상태에서 만일, 조건 I_Mi'<I_Mi가 이룩 된다면 소자(84)보다 먼저 플립플롭(86)을 리셋트 하지 않고 소자(84b)에 의해서 소정의 정전력 특성이 얻어진다.진행과 미끄럼의 경우에는, 모오터 전류가 상술한 정전력 특성에 의해서 모오터 속도의 증가량 만큼 감소되어서, 전류 i_c가 감소하게 된다.전류 i_c의 감소는 정전력 콘트롤 기능이 목표값 P_C에 이르기 위해서 전도시간을 증가시키게 된다. 그러나,모오터의 전류가 정전압 콘트롤(81b),(83b),(84b)에서 정해진 전류 값 I_Mi'보다 감소되면,목표값 P_i는 V_Licdt에 의한 값보다 먼저 V_L·I_Mi' 의한 값에 도달하게 되므로 게이트를 끄게 된다.

값 P_i가 정해지면, I_Mi'가 일정하고, 또 전동기에 인가된 전압의 평균값이 일정하게 되므로, 정전압 특성을 보이게 된다.

지정된 토오크 T_i를 얻기 위한 지정된 전류 I_Mi'와 정전압 특성을 얻기 위한 전류 I_Mi'는 원리적으로 I_Mi=I_Mi'같은 관계일수 있고,그런 경우 약간의 진행과 미끄럼에 대해서도 정전압 특성이 된다. 그런,실제로는 열차속도의 계수와 모오터의 속도가 바퀴 직경의 차이 때문에 오차가 있으므로, 값 I_Mi는 어떤 경우에는 모오터 파라메터(parameter)의 차이 때문에 정확히 정해지지 않을 수도 있다. 그런 이유로,정 토오크 콘트롤 즉,정전력 콘트롤 영역을 확보하기 위해서 약간 낮은 수준으로 전류를 정할 필요가 있다.

상술한 구동 콘트롤용 시스템은 재생 콘트롤용으로도 분명히 쓰일 수 있다.

제19도는 상술한 방법으로 실현될 수 있는 구동 시스템의 구동 및 재생 콘트롤용 토오크 특성도이다. N_M=V_T일때,이는 미끄럼이 없는 조건을 나타내는 것이다.

열차의 속력은 도플러(doppler)레이더나 구동되지 않은 바퀴에 탑재된 속도계나 이 외에 열차속도를 측정하는데 쓸수 있는 다른 방법으로 얻을 수 있다.

앞서의 아날로그 회로 중심의 실시에에 대한 설명과는 별도로,디지탈 처리에 의해서도 본 발명에 따른 시스템은 실현될 수 있다.

나아가서, 본 발명에 관한 시스템은 철도용 차량 이외의 여러 콘트롤 시스템에서도 광범위한 응용을 할 수있다.

본 발명에 관한 설명으로부터,차량 구동 시스템이 재생시의 부하의 변화나 차량의 미끄럼에 대해서 매우안정하연서 고응답과 고안정도의 쵸퍼 콘트롤 시스템이 실현될 수 있으므로,차량의 성능과 에너지의 절약 능력, 안정과 신뢰도를 향상시켰다는 것을 이해할 수 있을 것이다.나아가서 시스템의 높은 안정도가 설계를 쉽게 해서,설계와 개발 비용이 감소되어 그 결제적인 효과를 향상시킨 것이 뚜렷하다.

Claims (6)

1. 전원 공급 전압(Vl)이 주기적으로 쵸퍼되고 변환되어, 모오터 부분(3)을 변환된 전압으로 구동하는 쵸퍼장치와, 쵸퍼 장치의 도통기간 동안의 쵸퍼 전력의 적분량을 계산하는 수단(83)과 상기의 적분량이 미리 소정의 값에 도달하였을 때에 상기의 쵸퍼 장치를 차단하는 수단(86)으로 구성되는 쵸퍼 콘트롤 시스템.
2. 특허청구의 범위 제 1항에 있어서,상기의 소정의 값이 모오터 부분(3)이 바라는 모오터 출력을 만드는데 필요한 전력에 비례하게 하는 수단(83l)을 더 포함하는 쵸퍼 콘트롤 시스템.
3. 특허청구의 범위 제 1항에 있어서, 전원 전압이,구동되는 모오터의 전력 재생 동작에서 미리 지정된 수준 이상으로 증가할 때에 이 전압 증가에 따라서 상기의 미리 지정된 값을 감소시키기 위한 수단(89)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤 시스템.
4. 특허청구의 범위 제 1항에 있어서,상기 미리 지정된 값이 영보다 더 감소될 때 게이트가 동작하지 못하게 하는 수단을 더 포함하는 것을 특정으로 하는 쵸퍼 콘트롤 시스템.
5. 특허청구의 범위 제 l항에 있어서, 필요한 토오크와 차량 속도의 곱에 의하여,차량용 모오터를 구동하는 데 필요한 전력을 계산하고, 또 상기의 곱의 함수로 미리 지정된 값을 정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쵸퍼 콘트롤 시스템.
6. 특허청구의 범위 제 l항에 있어서, 쵸퍼 전압과 쵸퍼 전류의 곱을 적분하는데 추가해서, 필요한 토오크의 함수로 정해진 쵸퍼 전압과 쵸퍼 전류의 곱을 적분하는 수단과 상기의 적분 된 값을 상기의 마리 지정된 값과 비교하고 적분된 값중의 하나가 상기의 미리 지정된 값을 초과할 때 게이트를 닫는 수단을 더 포함하는 것을 특정으로 하는 콘트롤 시스템.

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