KR0162116B1 - 유도 접속의 보호장치 - Google Patents

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KR0162116B1
KR0162116B1 KR1019940002412A KR19940002412A KR0162116B1 KR 0162116 B1 KR0162116 B1 KR 0162116B1 KR 1019940002412 A KR1019940002412 A KR 1019940002412A KR 19940002412 A KR19940002412 A KR 19940002412A KR 0162116 B1 KR0162116 B1 KR 0162116B1
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Abstract

500 ㎐ 내지 50,000 ㎐의 범위 내에서의 주파수로 작동하는 유도 기전력 분포시스템(100)에 대한 오류 보호수단에 전력이 가해진 공진회로와 전원회로(117), (118), (105), (106)사이에 제어가능한 스위치(101), (102), (103) 및 (104)의 H-브리지가 마련된다; 브리지는(i) 조건들을 반영하기 위하여 계산되는(134), (136) 순환전류(135) 및 공진전압(131), (132), (133)을 감시하고, 지나치게 큰 공진전류의 경우에 H-브리지에서 DC 전원을 일시적으로 역방향으로 하거나 또는 차단하는 수단과, (ii) 입력메인 전원장치에 수반하는 접지전류와 메인 입력전류(108)를 감시하고 접지전류가 지나치게 큰 경우에는 DC 전원을 차단하도록 하는 수단 및, (iii) 솔리드-스테이트 모듈(113), (114)을 포함하는 민감한 구성부분을 가로질러 놓인 서어지 어레스터 장치(115), (116)를 포함하여 과도한 전압을 우회하는 수단과 함께, 공급전력을 정방향, 역방향 및 차단상태로 제공할 수 있다.

Description

유도 접속의 보호장치
제1도는 신규의 보호장치를 포함하는 유도기전력 분포시스템용 공진 전력 전원장치 회로의 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 전원장치 101,102,103,104 : 스위치
105,106 : 인덕턴스 107 : DC 전류-공급 인덕턴스
108,109 : 입력메인전류 110 : 콘트롤러
111,112 : 공진회로 113,114 : 솔리드-스테이트 스위치
131,132 : 전압검지점 133 : 차동전압검지
134 : 전압용 아날로그 배수기 135 : 전류검지 트랜스포머
136 : 전류용 아날로그 배수기 137 : 합산기
본 발명은, 유도기전력 전원장치에 사용되는 보호시스템 및 관련장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기전력 전원장치 구성부상에서의 과도현상의 효과를 제한하고, 접지전류를 포함하는 전위적으로 유해한 문제점을 탐지하며, 미리 정해진 한계 내에서 순환전력의 양을 유지하는 수단을 제공하는 것에 관한 것이다.
최근의 유도기전력 전원장치는 직류 또는 저류파 교류의 입력을 기전력 전원장치 및 관련 공진회로의 작동 주파수인 더 높은 주파수로 변환하기 위하여 솔리드-스테이트 스위치장치를 채택하고 있다. 실제적인 솔리드-스테이트 스위치들은 평균 및 피이크 전류 한계, 최대 작동 온도 및 최대 전압 등과 같은 장치적 한계를 불가피하게 가진다. 궤도를 따라 가는 공진 유도 콘턱터와 DC를 반송하는 입력인덕터의 내에는 상당한 양의 저장된 에너지가 있으며, 어떤 조건하에서는 이러한 저장된 에너지가 통제되지 않은 방식으로 우발적으로 누적 될 수 있다.
더욱이, 대량의 공진전압은 우발적으로 궤도 인덕터가 금속 지지구조물(예를 들면)에 접속됨으로써 인체에 치명적인 쇼크를 줄 수 있다는 점에서 볼 때 생명에 위험한 것이 될 수도 있다.
본 발명의 목적은, 유도기전력 분포 시스템 내의 과도현상과 과도전압 및 전류의 제어 및 제한을 위한 개선된 시스템을 제공하는 것이며, 적어도 유용한 선택으로서 대중에게 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시형태에 있어서는, 분포공진회로를 가지며, 고주파에서 작동하고 공진전류발생부를 가지는 형식의 유도기전력 분포시스템에 관한 전기적인 이상을 보상하기 위한 제어 및 / 또는 이상 조건으로부터 보호장치를 제공하기 위한 수단으로서; (a),(i) 입력에 제공되는, 또는 (ⅱ)공진전류 발생부 내의, 또는 (ⅲ) 분포 공진회로에 관한 실제적인 전류 또는 전압의 값을 검지하는 수단과, (b) 검지된 값이 정상 조건인가 또는 비정상인가 또는 오류상태인가를 판단하는 수단 및 (c) 만약 조건이 정상이 아닌 것으로 판단되었으면 유도기전력 분포시스템으로의 전원장치를 부분적으로 또는 완전히 차단하는 수단을 포함하여 구성되는 수단이 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 전원장치와 공진회로 사이의 제어가능한 스위치의 브리지와 결합되고, 그 브리지는 정, 역 및 차단상태로 공급전력을 제공할 수 있는 유도기전력 분포시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서는, 공진전압 및 순환전류를 감시하고 공진전압이 지나치게 큰 경우에 DC 전원장치를 차단하는 수단을 부가적으로 포함하여 구성되는 유도기전력 분포시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서는, 입력 메인 전원공급장치에 동반하는 접지전류를 감시하고, 접지전류가 지나치게 큰 경우에는 DC전원장치를 차단하는 수단을 부가적으로 포함하여 구성되는 유도기전력 분배시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서는, 솔리드-스테이트 스위치 모듈을 포함하는 민감한 구성요소를 가로 질러 놓여진 서어지 어레스터 장치를 포함하여 구성되는 과도전압을 우회하는 수단을 부가적으로 포함하여 구성되는 유도기전력 분포시스템을 제공한다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하나, 이러한 바람직한 실시예는 비한정적인 실시예로서만 제공되는 것이며, 여기에 기술된 해결책을 공진에너지 제어에 관한 것이며, 전원장치의 전압 내성 및 접지누설 오류에 대한 보호책을 제공하는 것이다.
원칙적으로, 본 발명은, 통상적으로 인정되는 정도의 갑작스러운 또는 실제적인 구성부분의 고장 또는 전기회로부의 비접속이나 우발적인 재접속을 나타내거나 또는 나타내지 않는 우발적인 조건에 대한 보호를 제공하기 위한 작동 방법을 제공하는 것이다 이는, 높은 공진주파수(전형적으로 500㎐ 내지 50,000㎐)에서 작동하는 분포공진회로를 사용하는 형식의 유도기전력 분포시스템(Inductive Power Distribution System : 이하 IPDS라함)에 관한 것이며, 특히 궤도 또는 경로를 따라서 놓여진 콘덕터가 공진회로의 유도소자를 형성하고 그에 의하여 공진전류를 운반하는 형식의 IPDS에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서의 필수적인 것은, (a)공진전류 발생부로부터의 출력에서, 및/또는 내부에서, 및/또는 그에 대한 전원장치에 관한 점에서 존재하는 실제적인 전류 및/또는 전압의 값을 검출하는 검지수단을 포함하는 것이다.
바람직한 전류센서로서는 LEM모듈(스위스 제네바 소재 LEM소시에떼아노님에서 발매하는)로서 알려진 형식의 장치를 포함하지만, 기타 형식의 전류트랜스 포머 및, 홀-효과 및 자기한정 변환기도 사용될 수 있다.
바람직한 전압센서는 일반적으로 측정점과 기준점 사이에 접속된 저항분배기를 포함하여 구성되며, 차동검지도 2개의 측정점 사이의 측정을 도출하도록 사용될 수 있다.
검출지가 정상적인 상태인지 또는 오류상태인지를 판단하는 수단은 본 명세서에서는 상세하게 기재하지 않았으나, 일반적으로는 오류조건의 확실한 지시를 제공하기 위하여 배열설치되는 아날로그 또는 디지탈 컴퓨터를 포함하여 구성된다.
제1도에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차동 전압검지용의 아날로그 합산기(133), 전압용의 아날로그 배수기(134) 및 전류용의 아날로그 배수기(136) 및 결과용의 합산기(137)와 결합된 공진전력 전원장치(100)의 출력에 인가되는 단순한 회로가 제공되지만, 입력 메인 전류(108,109), 및/또는 공진전력 전원장치(즉, 예를들면 공진회로의 작동 Q값을 표시하는)에 공급되지 DC 및 / 또는 인력점들에 인가되는 검지온도의 양을 계량하도록 구성되는 보다 복잡한 회로 또는 계산장치는 당업자에게 있어 자명한 것이다.
부가적으로, 점(138)에서의 출력에 대한 응답으로 제어가능한 스위치(101), (102), (103) 및 (104)에 적절한 폐쇄 또는 개방신호를 제공하는 수단이나 오류조건의 최종결정수단은 도시하지 않았다. 응답은 통상적으로는 오류의 어떠한 결과를 최소화하도록 의도된 것이다.
제어가능한 스위치에 대한 작동모우드는: (a)정상작동으로서는, 공진회로 전원장치로의 중단없는 정방향 전원공급을 행하고, (b)제어가능한 스위치가 실질적으로 가변적인 출력전압을 제공하는 경우로서: 트랙내의 공진전류의 레벨을 감소함에 따라, 공진전력 전원장치로의 주기적으로 중단되는 정방향의 전원공급[약하게 부하가 걸린조건(예를들면 높은 Q 또는 조건이 약간 비정상인 바와 같은]상태.
(c) 예를들면 브레이크 다운(break down)이 검출한 경우와 같이, 공진전력 전원장치로의 전원공급이 완전히 중단된 상태, (d) 그의 출력에 보다 급속한 정지를 제공하는데 유용한, 공진전력전원장치로의 역방향의 공급등상태 등을 포함한다.
공진회로내의 순환전류 및 공진회로에 공급되는 전류사이의 관계의 결정; 즉, 그의 질적요소 또는 Q는 공진에너지의 싱크(SINK)의 존재 또는 회로에 인가되는 부하를 감지하는 방법으로서 사용될 수 있다. 이 또한 경우에는 유도경로에서의 공급에 있어서의 측정점에서 발생하는 전압 및 전류를 단순히 측정하는 것이 바람직할 수도 있는데, 왜냐하면 이들은 국부화된 효과를 반영할 수 있기 때문이다. 전형적인 Q의 값은 2 또는 3차의 것인데, 특정한 설비에서의 조건에 의존한다.
공진회로에 걸린 전압 및 그 내부의 전류사이의 시간관계를 결정하는 것은 그의 순간역률을 표시하거나 또는 잘못된 동조 및 가능하게는 잘못된 부하에 의하여 공진주파수를 떨어지게 하는 정도를 표시할 수 있다.
전압 및 전류피이크가 정확히 보조를 맞출 때의 1.0의 역률을 회로가 그의 공진주파수로 공지상태에 있음을 표시한다.
입력메인 전력전원장치에 동반되는 접지전류를 감시하고, 그 후에 이상적으로 큰 접지전류를 검출한 경우에 DC전원을 중단시키는 수단(도시않됨)이 마련된다. 이는 접지된 대상물과 경로를 따른 공진 유도 콘덕터 사이에 불시적인 접촉이 이루어진다고 할지라도 개인적인 접촉활성 콘덕터에 대한 보호책을 제공하는 것을 위하여 특별히 도출되는 것이다.
보다 상세하게는, 제1도는 많은 보호소자를 실시하는 전원장치(100) 및 유도적으로 결합된 궤도(111)를 나타낸다.
고압 순시치의 하나의 알려진 원인은 전원과 공진회로(111), (112)를 가로지르는 고저항 쵸크(119)의 중심사이에 접속된 DC 전류-공급 인덕턱스(107)이다. 부하를 제거하거나 스위칭 오프시에, 이 인덕터내에 잡혀있던 에너지는 전원장치의 양쪽 솔리드-스테이트 스위치(113), (114)를 가로질러 놓이게 되며 개방 스위치의 정방향 전압을 초과하는 것으로 생각될 수 있다.
이러한 문제점에 대한 하나의 해결책으로서, 스위치-오프 시간에 전원장치를 역방향, 교호적인 정 및 부의 접속으로 놓을 수 있는 H-브릿지 접속장치(101),(102)를 채택함으로써 에너지가 인덕터의 밖으로 적극적으로 반송(또는 흡수)될 수 있도록 하는 것이다. 바람직한 접속장치로서는 어떠한 형태의 적절한 솔리드-스테이트 스위치가 될 수 있으나; 절연-게이트베이스 트랜지스터(Insulated-gate base transistor; IGBT)와 그에 병렬하는 다이오드가 하나의 바람직한 장치가 될 수 있다.
공진회로내의 에너지가 설정점보다 약간 적을 때(히스테리시스를 부여하기 위하여), 정상적인 작동상태(상태 1)에서, 스위치(101) 및 (104)가 온되고, 따라서 통상의 방향으로 전원장치를 통하여 전류가 흐르게 된다.
공진회로내의 에너지가 미리 정해진 설정점보다 약간의 부분을 포함하여 높을 때(다시 히스테리시스를 부여하기 위하여), 비통상적인 작동모드(상태 2)일 때, 스위치(102) 및 (103)가 턴온되고 스위치(101) 및 (104)가 턴오프되므로, 전류는 반대방향으로 전원장치를 통하여 흐르게 된다. 이제 솔리드-스테이트 스위치(113) 및 (114)를 가로지를 역방향 다이오드(115) 및 (116)는 전류를 통할 수 있다. 이와 같은 결과는 공진전원으로부터 3상 전원장치로 나타낸 전원(117) 내로 전하를 복귀하도록 한다.
상태 3 : 접지-누설 전류가 검지되면, 스위치(101) 및 (104)가 턴오프된다.
구성부분에 인가될 수 있는 과도한 전력을 우회할 수 있도록 하기 위한 자율적인 수단이 손상되기 쉬운 구성부분에 대하여 마련될 수 있다. 여기에서 자율적인 수단 이라 함은, 꼭 그러한 것은 아니지만, 인가된 전압에 대하여 빠르고 예측가능한 응답을 나타내는 어밸런쉬 다이오드, 서어지 어레스터, 전압종속 저항 등과 같은 비선형장치를 의미한다.
문제의 한 특정한 원인은, 솔리드-스테이트 스위치(113) 및 (114)로 나타낸 바와 같은 바람직한 IGBT 트랜지스터를 가로질러 놓인 높은 역방향 과도현상이다. 이러한 문제점에 대한 해결책으로서는, 각 IGBT 장치를 가로질러 어밸런쉬 다이오드(115), (116)를 배치하는 것이다; 유도작용시에, 이들 다이오드는 해당 IGBT 장치상에 부여되는 역방향 전압을 제한한다. 임의적인 서어지 어레스터 장치(예를 들면, 바리스터, 또는 트랜브)를 사용할 수도 있다.
또 하나의 문제의 원인은 궤도(111)와 공진 캐패시터(112)내의 공진전류의 제어되지 않은 레벨과 관련된 것이다. 전력은 이하의 식으로 나타낼 수 있다:
이러한 부가적인 전력은, 에너지 레벨을 계산하기 위하여 전압검지수단 및 궤도로의 전원장치의 한쪽 또는 양쪽 다리에 인가되는 전류-검지 트랜스포머로 검지될 수 있다. 에너지는 아나로그 배수기(또는 디지털장치)에 의하여 계산될 수 있으며, 드레쉬호울드에 대하여 비교된다. 전류가 임의의 미리 설정된 한계에 접근하거나 또는 초과되면, 전원장치로의 구동전압은 상술한 상태 2에서와 같이 중지될 수 있다.
이러한 조건은(117)에서 입력전압이 너무 높게 도달될 수도 있으나, 궤도(111)상에서 유도적으로 기전력을 얻는 차량등으로부터의 필요가 적은 경우이기가 쉽다.
제1도는 전력측정 아날로그 컴퓨터를 포함한다. (131) 및 (132)는 공진회로(130)(트랙 111에 대응)에 대한 전압검지점이다. 각 전압은 감산기로서 기능하도록 접속된 OP 앰프(133)로 얻어진다. 그의 출력은 아날로그 배수기(134)내에서 제곱으로 된다. (135)는 전류검지 트랜스포머 또는 LEM으로서 제2의 배수회로(136)로 접속되고, 합산 OP 앰프(137)로 접속된다. 저항(부호가 부여안됨)은 그의 입력에서 회로의 스케일링 상수로 설정되는 기회를 부여한다.
비록 스위치(101) 내지 (104)용의 스위치제어로 전압을 변환하기 위한 수단은 나타내지 않았으나, 회로내의 에너지는 (138)에서의 전압에 직접 비례적이다. 아날로그 배수기에 대한 선택적인 구성부는 반파정류와 그후에 에너지에 비례적인 전압을 도출하도록 더하는 것을 포함한다.
이와 같은 방식으로 보호된 시스템은 또한 다양한 전압을 공급하기 위한 폭넓은 내성을 나타낸다.
문제의 또 다른 원인은 공진궤도의 일부의 우발적인 접지에 있다. 특히 3상 전원장치에 적용가능한 해결책을 전류 트랜스포머(108) 및 제어모듈(109)을 사용하여 접지전류를 검지하고, 전류의 어떠한 특정레벨이 문제점을 나타낸다고 가정할 때, 그에 의하여 전원공급은 차단된다(이러한 절차는 정류기 다이오드 실패에 대한 검사도 할 수 있다).
인덕턱스(105) 및 (106)는 일차적으로 메인 전원장치로 통과되어 버릴 수 있는 간섭을 최소화될 수 있으며, (110)은 솔리드-스테이트 스위치에 대한 제어기이다.
기타의 보호책은 미리 규정된 드레쉬호울드값을 넘어선 전압에 처해질 때 낮은 저항으로 되는 보호적인 장치의 사용으로 얻어질 수 있다; 전압종속 저항(바리스터), 서어지 어레스터 등. 이들은 도시되어 있지는 않다.
최종적으로, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서 이하에 첨부된 특허청구의 범위에서 개진된 바와 같이 다양한 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다

Claims (7)

  1. 고주파에서 작동하는 분포공진회로(111)용 공진전류 발생부(113,114,107,112,119)를 포함하는 전원을 가지는 유도전력 배전시스템을 이상상태 및 전기적 비정상상태로부터 보호하기 위한 보호장치로서, (i) 공진전류 발생부로의 입력 또는 (ⅱ) 공진전류 발생부의 내부 또는 (ⅲ) 분포 공진회로의 근방(131,132,135)의 3 위치중의 한곳에서의 실제전류 또는 전압치를 측정할 수 있는 장치와, 측정된 전류치 또는 전압치가 이상상태를 나타내는지를 결정하는 장치(133,134,136,137) 및, 이상상태가 존재하는 것으로 결정되었을 때, 유도전력 배전시스템으로의 전원공급을 부분적으로 또는 완전히 차단할 수 있는 장치 (138,101,102,103,104)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보호장치.
  2. 제1항에 있어서, 공진회로(111)로 인가된 전류와 공진회로(111)내에서 순환하여 전류사이의 관계를 측정할 수 있는 전류 측정장치를 마련하는 것을 특징으로 하는 보호장치.
  3. 제1항에 있어서, 공진회로(111)내의 교류전류 및 교류전압 사이의 시간적인 관계를 측정할 수 있는 위상측정장치 (135,136,133,134,137)를 마련하는 것을 특징으로 하는 보호장치.
  4. 제1항에 있어서, 공진전류를 발생하는 회로와 전원장치의 사이에 놓인 H형 브리지형상의 제어가능한 스위치의 세트(101,102,103,104)를 포함하여 구성되는 스위칭장치를 마련하고, 상기 브리지내의 제어가능한 스위치는 (i) 정방향 상태, (ⅱ) 역방향 상태, 또는 (ⅲ) 차단상태중의 하나를 전원에 대하여 제공하도록 제어가능한 것임을 특징으로 하는 보호장치.
  5. 제4항에 있어서, 제어가능한 스위치의 세트(101,102,103,104)를 제어할 수 있는 오류검지회로(133,134,136,137)를 마련하고; 상기 오류검지회로는 검지입력(131,132,135) 및 출력(138)을 가지며, 비정상 또는 오류조건을 결정할 수 있으며, 그에 의하여 사용할 때에 제어가능한 스위치의 제어가 비정상상태 또는 오류의 영향을 최소화하도록 하는 것을 특징으로 하는 보호장치.
  6. 제5항에 있어서, 입력 메인 전원장치(117)에 동반된 접지전류를 감시할 수 있고, 비정상적으로 큰 접지전류의 경우에 직류전원을 인터럽트 할 수 있는 회로(108, 109)를 마련한 것을 특징으로 하는 보호장치.
  7. 제1항에 있어서, 전력바이패스 장치가 손상받기 쉬운 구성부품에 접속되며, 이 전력바이패스 장치는 구성부품으로의 과도한 전력의 인가를 검지가능하며, 부품이 보호되도록 과도한 전력을 바이패스할 수 있는 것을 특징으로 하는 보호장치.
KR1019940002412A 1993-02-22 1994-02-08 유도 접속의 보호장치 KR0162116B1 (ko)

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