KR20170101297A - 전력 송신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 소스(2A)로부터 전력 전송 케이블(3)을 통해 전력 소스(2A)에 연결된 전력 싱크(4A)로의 전력(P)의 전력 송신을 위한 전력 송신 시스템(1)에 관한 것으로서, 여기에서 전력 소스(2A)는 전력 전송 케이블(3)의 제 1 라인 쌍의 병렬 전력 공급 라인들을 통해 전력 싱크(4A)의 제 1 폴에 연결되는 제 1 전기 전위를 갖는 제 1 폴, 및 전력 전송 케이블(3)의 제 2 라인 쌍의 추가적인 병렬 전력 공급 라인들을 통해 전력 싱크(4A)의 제 2 폴에 연결되는 제 2 전기 전위를 갖는 제 2 폴을 가지며, 여기에서 전력 공급 라인들을 통한 전력 송신 동안, 사용자 데이터 신호는 전력 송신에 의해 영향을 받지 않으면서 동일한 전기 전위의 전력 공급 라인들을 갖는 적어도 하나의 라인 쌍을 통해 전력 소스(2A)와 전력 싱크(4A) 사이에서 송신될 수 있다.

Description

전력 송신 시스템
본 발명은 전력 송신 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 전력 전송 동안 사용자 데이터 신호가 송신될 수 있는, 전력 전송 케이블을 통해 전력 소스로부터 전력 싱크(sink)로의 전력의 전력 송신을 위한 용접(welding) 시스템, 및 전력 전송 케이블을 통한 사용자 데이터 송신을 위한 방법에 관한 것이다.
다수의 애플리케이션들에 있어서, 전력이 전력 소스로부터 전력 싱크로 송신된다. 전력 소스, 예를 들어, 전류 소스는 전력 전송 케이블을 통해 전력 싱크로, 예를 들어, 전기 소비자로 송신되는 전력을 생성한다. 전기 용접 시스템에 있어서, 용접 디바이스는 용접 토치(welding torch)에 대하여 전기적 용접 전류를 공급하는 용접 전류 소스를 가지며, 여기에서 용접 전류는 용접 디바이스로부터 용접 토치로 전력 전송 케이블의 전류 라인들을 통해 전송된다.
WO 2012/058164호는 케이블을 통해 용접 전류 소스로부터 용접 전력을 획득하기 위한 연결을 갖는 용접 시스템을 설명하며, 여기에서 신호 케이블을 통해 용접 전류 소스를 가지고 용접 동작 데이터를 교환하기 위하여 제어 신호 연결이 제공된다. 용접 시스템은 또한, 용접 전류 소스로부터 와이어 공급부(wire feed)로 용접 전력을 전송하고 와이어 공급부 케이블을 통해 용접 동작 제어 데이터를 교환하기 위하여 제공되는 와이어 공급부 연결을 갖는다. 통신 회로는 와이어 공급부 연결에 대한 전류 공급장치로부터의 데이터 및 용접 전류 소스의 용접 전력을 결합하도록 그리고 통신을 위하여 와이어 공급부 연결로부터 제어 신호 연결로의 데이터를 분리하도록 배열된다.
US 7381922 B2호는, 용접 디바이스의 전류 소스와 와이어 공급 유닛 사이의 데이터 송신이 용접 케이블을 통해 달성되는 용접 시스템을 개시한다. 데이터는 용접 케이블을 통해 직렬로 송신된다. 그러나, 이러한 통상적인 용접 시스템에 있어서, 데이터 송신은 전력의 송신 동안, 즉, 용접 동안 일어나는 것이 아니라, 오히려 어떠한 전기적 용접 전류도 케이블을 통해 용접 토치로 송신되지 않는 특정 시간 간격들 동안 일어난다. 따라서, 이러한 용접 시스템은, 용접 프로세스 동안 용접 디바이스와 용접 토치, 특히 그것의 와이어 공급부 유닛 사이에 어떠한 데이터 송신도 일어날 수 없다는 단점을 갖는다. 결과적으로, 이러한 통상적인 용접 시스템에 있어서, 용접 프로세스 동안 어떠한 용접 파라미터들 또는 유사한 것이 용접 토치에서 조정될 수 없으며, 용접 디바이스가 또한 용접 토치로부터 용접 프로세스에 관한 어떠한 데이터도 수신할 수 없다.
따라서, 본 발명은 목적은, 전력 송신 동안 사용자 데이터 신호가 전력 소스와 전력 싱크 사이에서 용이하게 송신될 수 있는, 전력 소스로부터 전력 싱크로의 전력의 전력 송신을 위한 전력 송신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1에 언급된 특징들을 갖는 전력 송신 시스템에 의해 달성된다.
따라서 본 발명은, 전력 소스로부터 전력 전송 케이블을 통해 전력 소스에 연결된 전력 싱크로의 전력의 전력 송신을 위한 전력 송신 시스템을 제공하며, 여기에서 전력 소스 및 전력 싱크는 각각 제 1 전기 전위를 갖는 제 1 폴(pole) 및 제 2 전기 전위를 갖는 제 2 폴을 포함하고, 여기에서 폴들은 전력 전송 케이블의 제 1 전도 쌍 및 제 2 전도 쌍의 병렬 전류 라인들을 통해 연결되며, 여기에서 전력 송신 동안 사용자 데이터 신호는 전력 송신에 의해 영향을 받지 않으면서 동일한 전기 전위의 전류 라인들을 갖는 적어도 하나의 전도 쌍을 통해 전력 소스와 전력 싱크 사이에서 송신될 수 있다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템은, 사용자 데이터 신호가, 전력 소스와 전력 싱크 사이의 전력 송신에 의해 영향을 받지 않으면서 동일한 전력 전송 케이블을 통해 전력 전송 동안 송신될 수 있다는 이점을 제공한다. 이러한 방식으로, - 전력 싱크를 포함하는 다른 디바이스로의 전력 송신 동안 - 전력 소스를 포함하는 디바이스의 제어기는, 전력 송신 동안 동시에 제어 데이터를 제 2 디바이스로 송신할 수 있으며, 추가로 동시에 전력 전송 케이블을 통해, 예를 들어, 제 2 디바이스로부터 센서 데이터를 수신할 수 있다. 이는, 용접된 제품의 품질이 증가될 수 있도록 전력 전송 동안 프로세스 파라미터, 특히 용접 프로세스의 파라미터가 송신될 수 있다는 이점을 제공한다. 동시에, 용접 디바이스의 제어기는 용접 프로세스 동안 예를 들어 센서 데이터를 수신할 수 있으며, 따라서 용접 환경에서의 또는 용접 프로세스 동안의 변화들에 대하여 빠르게 반응할 수 있다. 이러한 방식으로, 용접 프로세스에서 생산되는 제품의 품질이 또한 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 일 실시예에 있어서, 전력 소스를 포함하는 디바이스 및 전력 싱크를 포함하는 디바이스 각각은, 사용자 데이터 신호의 송신을 위하여 전력 전송 케이블의 전도 쌍의 전류 라인들에 부착되거나 또는 이에 연결될 수 있는 사용자 데이터 모뎀을 포함한다.
바람직하게는, 이러한 사용자 데이터 모뎀은 미리 설정된 사용자 데이터 주파수 대역에서 사용자 데이터 신호를 전송하고 및/또는 수신하도록 제공된다.
가능한 일 실시예에 있어서, 동일한 전기 전위의 전류 라인들을 통해 송신되는 사용자 데이터 신호에 대한 사용자 데이터 주파수 대역은 2 MHz 내지 30 MHz의 주파수 범위 내이다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 일 실시예에 있어서, 이러한 사용자 데이터 주파수 대역이 제공된다. 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 사용자 데이터 주파수 대역은, 전력 전송 동안 사용자 데이터 신호의 송신을 위하여 선택적으로 선택될 수 있는 상이한 주파수 대역 범위들로 분할된다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 제 1 전기 전위를 갖는 전력 소스의 제 1 폴은 전력 전송 케이블의 제 1 단부에 제공된 제 1 분기 지점을 통해 전력 전송 케이블의 제 1 전류 라인 및 전력 전송 케이블의 제 2 전류 라인에 연결되며, 이들 둘 모두는 전력 전송 케이블의 제 2 단부에 제공된 제 2 분기 지점을 통해 전력 싱크의 제 1 폴에 연결되고, 여기에서, 제 2 전기 전위를 갖는 전력 소스의 제 2 폴은 케이블의 제 1 단부에 제공된 제 3 분기 지점을 통해 전력 전송 케이블의 제 3 전류 라인 및 전력 전송 케이블의 제 4 전류 라인에 연결되며, 이들 둘 모두는 전력 전송 케이블의 제 2 단부에 제공된 제 4 분기 지점을 통해 전력 싱크의 제 2 폴에 연결된다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 일 실시예에 있어서, 분리(decoupling) 목적들을 위한 개별적인 초크(choke)가 전력 전송 케이블의 단부들 둘 모두에 제공된다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 전력 전송 케이블의 단부들 둘 모두에 제공되는 초크들은 각기 전류-보상 초크(current-compensated choke)들이다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 전력 전송 케이블의 전류 라인들은, 이들이 적어도 1 KW의 전력을 송신할 수 있게 하는 방식으로 배열된다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 전력 소스는, 전력 전송 케이블의 전류 라인들을 통해 용접 전류를 전력 싱크로서의 용접 토치에 송신하는, 용접 디바이스의 용접 전류 소스이다. 부착된 용접 토치를 갖는 와이어 공급부가 용접 토치 대신에 계속해서 사용한다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 사용자 데이터 신호의 송신을 위한 사용자 데이터 모뎀에 부착된 제어 유닛이 제공된다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적이고 대안적인 실시예에 있어서,전력 소스는 적어도 하나의 연결 컴포넌트 예컨대 급속 셧다운 박스(rapid shutdown box), 스트링 수집기(string collector), 적어도 하나의 광발전(photovoltaic) 모듈에 연결되며 전력 전송 케이블의 전류 라인들을 통해 광발전 시스템의 인버터(inverter)로 전기 직류를 송신하는 광발전 시스템의 스트링 수집기 등을 갖는다.
본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 추가적이고 대안적인 실시예에 있어서,전력 소스는 전력 전송 케이블의 전류 라인들을 통해 전력 싱크로서의 충전가능 축전지에 충전 전류를 송신하는 충전 디바이스를 포함한다.
추가적인 측면에 따르면, 본 발명은 청구항 12에 언급된 특징들을 포함하는 사용자 데이터 신호를 송신하기 위한 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명은 전력 싱크를 포함하는 제 2 디바이스와 전력 소스를 포함하는 제 1 디바이스 사이에서 사용자 데이터 신호를 송신하기 위한 방법을 제공하며, 여기에서 2개의 디바이스들은 제 1 디바이스의 전력 소스로부터 제 2 디바이스의 전력 싱크로의 전력의 전력 전송을 위한 전력 전송 케이블을 통해 서로 연결되고,
여기에서 사용자 데이터 신호는, 동시에 수행되는 전력 전송에 의해 영향을 받지 않으면서 동일한 전기 전위를 포함하는 전력 전송 케이블의 병렬 전류 라인들을 통해 송신된다.
본 발명에 따른 방법의 가능한 일 실시예에 있어서, 사용자 데이터 신호는 2 내지 30 MHz의 미리 설정된 사용자 데이터 주파수 대역에서 송신된다.
본 발명에 따른 방법의 가능한 추가적인 실시예에 있어서, 사용자 데이터 신호는, 동일한 전기 전위를 갖는 전력 전송 케이블의 적어도 2개의 병렬 전류 라인들을 통해, 전력 전송 동안, 단방향으로 또는 양방향으로 송신된다.
추가적인 측면에 따르면, 본 발명은 청구항 15에 언급된 특징들을 포함하는 전력을 전송하기 위한 전력 전송 케이블을 제공한다.
따라서, 본 발명은 전력 소스, 특히 용접 전류 소스로부터 전력 싱크, 특히 용접 토치로 전력의 전송을 위한 전력 전송 케이블을 제공하며, 여기에서 전력 전송 케이블을 각기 2개의 병렬 전류 라인들을 갖는 적어도 2개의 전도 쌍들을 가지며, 여기에서 각각의 전도 쌍의 병렬 전류 라인들 둘 모두가 전력 전송 동안 동일한 전기 전위를 가지고 전력 전송 케이블의 단부들 둘 모두에서 갈바니 전기에 의해(galvanically) 서로 연결되며, 여기에서 적어도 하나의 전도 쌍의 경우에 있어서, 전력 전송 케이블의 단부들 둘 모두에서, 전도 쌍의 2개의 전류 라인들을 통해 사용자 데이터 신호를 전송하거나 및/또는 전송된 사용자 데이터 신호를 수신하기에 적절한 사용자 데이터 모뎀의 연결을 위하여 개별적인 사용자 데이터 연결이 제공된다.
전력 소스와 전력 싱크 사이에서의 사용자 데이터의 송신을 위한 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 가능한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 예시화된 실시예를 예시하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 예시화된 실시예를 예시하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 추가적인 예시화된 실시예를 예시하기 위한 추가적인 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 추가적인 예시화된 실시예를 예시하기 위한 회로도이다.
도 5, 도 6, 도 7은 본 발명에 따른 전력 송신 시스템의 상이한 애플리케이션들을 예시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예시된 예시화된 실시예에서 전력(P)의 전력 송신을 위한 전력 송신 시스템(1)은 그 안에 통합된 전력 소스(2A)를 갖는 제 1 디바이스(2)를 포함하며, 이는 전력 전송 케이블(3)을 통해 전력 송신 시스템(1)의 제 2 디바이스(4) 내의 전력 싱크(4A)에 연결된다. 가능한 일 실시예에 있어서, 제 1 디바이스(2)는 전력 소스(LQ)로서 용접 전류 소스(2A)를 갖는 용접 디바이스이다. 이러한 용접 전류 소스(2A)는 전력 싱크(LS)로서의 와이어 공급 디바이스(4A)에 전기 용접 전류를 송신한다. 용접 프로세스를 수행하기 위하여, 용접 토치가 와이어 공급 디바이스(4A)에 연결된다. 와이어 공급 디바이스(4A)는 바람직하게는 제어 유닛(4B)을 갖는다. 제 2 디바이스(4)의 제어기는, 도 1에 예시된 바와 같이, 사용자 데이터 신호를 전송하고 및/또는 수신하기 위하여 사용자 데이터 모뎀(4C)에 연결된다. 마찬가지로, 제 1 디바이스(2), 예를 들어 용접 디바이스가 제 1 디바이스(2)의 사용자 데이터 모뎀(2C)에 연결된 내부 제어기(2B)를 갖는다. 전력 전송 케이블(3)을 통해 서로 연결된 2개의 디바이스들(2, 4)의 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C)은 미리 설정된 사용자 데이터 주파수 대역에서 사용자 데이터 신호를 전송하거나 또는 수신할 수 있다. 도 1에 표시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 전력 전송 케이블(LTK)(3)은 각기 2개의 병렬 전류 라인들을 갖는 2개의 전도 쌍들을 가지며, 즉, 이는 총 4개의 전류 라인들(3-1, 3-2, 3-3, 3-4)을 갖는다. 제 1의 2개의 전류 라인들(3-1, 3-2)이 제 1 전도 쌍을 형성하며, 나머지 2개의 전류 라인들(3-3, 3-4)이 제 2 전도 쌍을 형성한다. 전력 소스(2A)는, 전력 전송 케이블(3)의 내의 제 1 전도 쌍의 2개의 병렬 전류 라인들(3-1, 3-2)을 통해 제 2 디바이스(4)의 원격 전력 싱크(4A)의 제 1 폴에 연결된 제 1 전기 전위를 갖는 제 1 전기 폴을 갖는다. 전력 소스(2A)는 또한, 전력 전송 케이블(3)의 내의 제 2 전도 쌍의 2개의 추가적인 병렬 전류 라인들(3-3, 3-4)을 통해 원격 전력 싱크(4A)의 제 2 폴에 연결된 제 2 전기 전위를 갖는 제 2 전기 폴을 갖는다. 전력 송신 시스템(1)에 있어서, 전력 소스(2A)로부터 전력 싱크(4A)로의 전력(P)의 전력 송신 동안, 사용자 데이터 신호는, 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C)을 써서, 전력 전송에 의해 영향을 받지 않고 동일한 전기 전위의 전류 라인들을 갖는 적어도 하나의 전도 쌍을 통해 2개의 디바이스(2, 4) 사이에서 동시에 송신될 수 있다. 따라서, 데이터 송신은, 예를 들어, 조선업(shipbuilding)에서 심지어 몇 10m일 수 있는 전력 송신 시스템(1)의 길이에 실질적으로 독립적이다.
도 1에 예시된 예시화된 실시예의 경우에 있어서, 사용자 데이터 신호는 둘 모두가 제 1 전기 전위인 전류 라인들(3-1, 3-2)을 통해 제 1 및 제 2 디바이스(2, 4) 사이에서 송신된다. 사용자 데이터 신호를 유사한 전위의 폴들에 공급함으로써, 푸시-풀(push-pull) 간섭이 회피된다. 가능한 일 실시예에 있어서, 사용자 데이터의 송신은 2 MHz 내지 30 MHz의 주파수 범위 내인 미리 설정된 사용자 데이터 주파수 대역에서 일어난다. 가능한 일 실시예에 있어서, 사용자 데이터 주파수 대역은, 사용자 데이터 송신을 위하여 선택적으로 선택될 수 있는 하위주파수(underfrequency) 범위들로 분할된다. 도 1에 예시된 예시화된 실시예에 있어서, 디바이스들(2, 4) 둘 모두의 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C)은 전력 전송 케이블(3) 내의 제 1 전도 쌍의 2개의 전류 라인들(3-1, 3-2)에 고정적으로 연결된다. 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 추가적인 가능한 실시예에 있어서, 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C) 둘 모두가 전력 전송 케이블(3)의 전류 라인들(3-i)에 연결될 수 있다. 사용자 데이터 모뎀들은 개별적인 디바이스(2, 4)의 내부 제어기(2B, 4B)를 통해 스위치 온 및 오프될 수 있다. 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 가능한 일 실시예에 있어서, 사용자 데이터 신호의 송신은 하나의 디바이스로부터 다른 디바이스로 단방향으로 달성된다. 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 대안적인 일 실시예에 있어서, 사용자 데이터 신호의 송신은 또한 2개의 디바이스들(2, 4) 사이에서 양향방으로 달성될 수 있다. 단방향 또는 양방향 송신은 두가지 경우들 모두에 있어서 동일한 전기 전위를 포함하는 전력 전송 케이블(3) 내의 전도 쌍의 2개의 병렬 전류 라인들을 통해 일어난다. 따라서, 데이터 통신은 동일한 전위의 2개의 전류 라인들을 통해서 일어난다. 이러한 방식으로, 동시에 송신되는 전송 전류(I), 즉, 용접 전류의 결과로서 송신되는 데이터 내의 간섭이 회피된다.
사용자 데이터 신호가 단락(short)되지 않게 하기 위하여, 바람직하게는 분리 목적들을 위한 초크가 전력 전송 케이블(3)의 단부들 둘 모두에 제공되며, 이는 다음의 도면들과 관련하여 더 상세하게 설명된다. 이러한 초크는 바람직하게는, 프로세싱 속성에 대하여 유해한 효과를 가지지 않으며 사용자 데이터 신호를 연결 지점으로부터 분리하는 전류-보상 초크이다. 가능한 일 실시예에 있어서, 도 2에 예시된 바와 같이, 페라이트 코어(ferrite core)를 갖는 전류-보상 초크, 예를 들어, 초크들(5, 7)이 전력 전송 케이블(3)의 단부들 둘 모두에 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 초크들(5-1/5-2 및 7-1/7-2)이 또한 각각의 단부에 개별적으로 배치될 수 있다. 가능한 일 실시예에 있어서, 페라이트 코어는 슬리브(sleeve)와 유사하게 전류 라인들에 부착되며 이를 둘러싸는 접이식(foldable) 페라이트 코어이다. 가능한 일 실시예에 있어서, 부착된 페라이트 코어는 교환가능할 수 있다. 초크는, 예를 들어, 바람직하게는, 이것이 전력(P)을 전달하는 전류(I), 예를 들어, 용접 전류에 대한 전류 보상을 수행하지만, 반면 이것이 사용자 데이터 신호에 대한 전류 보상을 야기하지는 않도록 배열된다. 따라서, 초크는, 전도 쌍의 2개의 전류 라인들이 갈바니 전기에 의해 서로 연결되거나 또는 서로 갈바니 전기에 의해 결합되는 분기 지점에서 사용자 데이터 신호의 단락을 방지한다. 따라서, 전력 송신 시스템(1)의 다음의 배열이 제공된다: 전력 소스, 초크, 모뎀, 전력 전송 케이블, 모뎀, 초크, 전력 싱크. 따라서, 조절부(throttle) 및 모뎀이 또한 대응하는 방식으로 전력 소스(LQ) 또는 전력 싱크(LS) 내에 통합될 수 있다. 초크는 바람직하게는, 용접 프로세스의 구현을 위한 인덕턴스(inductance)가 너무 높지 않게 또는 낮게 유지되도록 하는 전류-보상 초크로서 설계된다. 전력 또는 전류 소스(2A)를 스위치 오프하기 위하여, 초크의 인덕턴스(L)가 충분히 낮게 설정되어, 전류 소스의 스위치-오프의 완료 이후에, 용접 프로세스가 가능한 한 빠르게 용접 토치에서 종료된다. 이에 대응하여 커브-상승 및 커브-하강 시간들이 짧아서, 용접 프로세스에서 생산되는 용접선(weld seam)이 고 품질이다. 가능한 일 실시예에 있어서, 사용자 데이터는 인코딩되거나 및/또는 암호화된 방식으로 송신된다. 디바이스들(2, 4) 둘 모두에서, 개별적인 인코딩/디코딩 유닛 및/또는 암호화/복호화 유닛이 제공된다.
전력 전송 케이블(3)의 전류 라인들(3-i)은 바람직하게는, 이들이 전력 소스(2A)로부터 전력 싱크(4A)로 적어도 1 KW의 전력(P)을 송신할 수 있게 하는 방식으로 배열된다.
도 2는, 전류 라인들을 포함하는 전력 전송 케이블(3)을 통해 와이어 공급 유닛에 연결된 용접 전류 소스(2A)를 갖는 용접 디바이스(2)를 갖는, 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 예시화된 실시예를 도시한다. 용접 디바이스(2)의 전력 소스(2A)는, 전력 전송 케이블(3)의 제 1 전도 쌍의 2개의 병렬 전류 라인들(3-1, 3-2)을 통해 전력 싱크(4A)의 제 1 폴(+)에 연결되는 제 1 전기 전위의 제 1 폴(+)을 가지며, 전력 전송 케이블(3)의 제 2 전도 쌍의 2개의 추가적인 병렬 전류 라인들(3-3, 3-4)을 통해 전력 싱크(4A)의 제 2 폴(-)에 연결되는 제 2 전기 전위의 제 2 폴(-)을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 포지티브(positive) 전기 전위(+)인 제 1 전도 쌍의 2개의 전류 라인들(3-1, 3-2)은, 양 측들 상에서 그들에게 연결된 사용자 데이터 신호를 송신하도록 역할하는 사용자 데이터 모뎀(2C, 4C)을 갖는다. 제 1 전기 전위를 갖는 전력 소스 또는 용접 전류 소스(2A)의 제 1 폴(+)은, 전력 전송 케이블(3)의 제 1 단부에 제공된 제 1 분기 지점(GP1)을 통해 전력 전송 케이블(3)의 제 1 전류 라인(3-1) 및 전력 전송 케이블(3)의 제 2 전류 라인(3-2)에 연결된다. 이러한 2개의 전류 라인들(3-1, 3-2)은, 도 2에 예시된 바와 같이, 전력 전송 케이블(3)의 제 2 단부에 제공된 제 2 분기 지점(GP2)을 통해 전력 싱크(4A)의 제 1 포지티브 폴(+)에 연결된다. 동일한 방식으로, 제 2 네거티브(negative) 전기 전위(-)를 갖는 전력 소스 또는 용접 전류 소스(2A)의 제 2 네거티브 폴(-)은, 전력 전송 케이블(3)의 제 1 단부에 제공된 제 3 분기 지점(GP3)을 통해 전력 전송 케이블(3)의 제 3 전류 라인(3-3) 및 제 4 전류 라인(3-4)에 갈바니 전기에 의해 연결되며, 이들 둘 모두는 전력 전송 케이블(3)의 제 2 단부에 제공된 제 4 분기 지점(GP4)을 통해 전력 싱크(4A)의 제 2 네거티브 폴(-)에 연결된다. 전력선 통신(power line communication), 즉 PLC의 공급이 동일한 전위의 2개의 용접 전류 라인들(3-1, 3-2)을 통해 달성되도록, 이중 부하 케이블 전위가 전달된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 제 1 전류 라인들(3-1, 3-2)은 포지티브 전기 전위(+)이며, 2개의 나머지 전기 전류 라인들(3-3, 3-4)은 네거티브 전기 전위(-)이다. 도 2에 예시된 예시화된 실시예에 있어서, 제 1 전류-보상 초크(5)가 전력 전송 케이블(3)의 제 1 단부에 제공되며, 제 2 전류-보상 초크(7)가 전력 전송 케이블(3)의 제 2 단부에 제공된다. 제 1 전류-보상 초크(5)는 2개의 권선들(5A, 5B)을 가지며, 여기에서 제 1 권선(5A)은 제 2 전류 라인(3-2) 상에 제공되고 제 2 권선(5B)은 제 3 전류 라인(3-3) 상에 제공된다. 동일한 방식으로, 전력 전송 케이블(3)의 다른 단부에 부착된 제 2 초크(7)가 제 1 권선(7A) 및 제 2 권선(7B)을 갖는다. 제 2 초크(7)의 제 1 권선(7A)은 제 2 전류 라인(3-2) 상에 제공되며, 제 2 초크(7)의 제 2 권선(7B)은 전력 전송 케이블(3)의 제 3 전류 라인(3-3) 상에 제공된다. 따라서, 2개의 초크들(5, 7)은, 앞뒤로 흐르는 전력 전송 전류, 특히, 용접 전류에 기인하여 발생하는 자기장들을 보상한다. 사용자 데이터 신호의 단락은 전류-보상 초크들(5, 7)에 의해 방지된다. 초크들(5, 7)은 HF 신호를 차단(block)한다. 전류-보상 초크들(5, 7)의 사용은 또한 전력 전송 및/또는 용접 프로세스를 손상시키지 않는다.
도 3은, 그 내부에서 폴 쌍들 둘 모두가 보상되는, 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 추가적인 변형 실시예를 도시한다. 도 3에 예시된 실시예는 그것의 대칭적인 구성에 의해 특징지어 진다. 이러한 경우에 있어서, 전류 라인들의 수가 전류-보상 초크들의 수를 결정한다. 따라서, 도 3에 예시된 예시화된 실시예에 있어서, 초크(5)는 전력 소스(LQ) 측 상에 배치된 2개의 초크들(5-1 및 5-2)로 구성되며, 초크(7)는 전력 싱크(LS) 측 상에 배치된 2개의 초크들(7-1 및 7-2)로 구성된다. 초크들(5-1, 5-2, 7-1 및 7-2)은 예시된 페라이트 코어들을 이용하여 대응하는 방식으로 표시된다. 결과적으로, 권선이 전류 라인의 각각의 단부에 배치된다. 도 2 및 도 3예 예시된 변형 실시예들 둘 모두에 있어서, 사용자 데이터는 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C)을 사용하여 용접 디바이스(2)와 와이어 공급 디바이스 사이에서 송신될 수 있다. 이러한 방식으로, 전력 전송 동안 또는 용접 전류가 흐를 때, 동시에 용접 디바이스(2)로부터 와이어 공급 디바이스로 또는 역으로 와이어 공급 디바이스로부터 다시 용접 디바이스(2)로 사용자 데이터 신호를 송신하는 것이 가능하다. 이를 수행함에 있어서, 바람직하게는 2 내지 30 MHz의 광대역 주파수 범위(broadband frequency range)(BBFB) 내의 유용한 신호들이 단방향으로 또는 양방향으로 또는 반-이중 또는 전-이중 방식으로 송신된다. 가능한 일 실시예에 있어서, 제공되는 사용자 데이터 주파수 범위은,데이터 송신 채널들로서 선택적으로 선택될 수 있는 하위주파수 대역들로 분할된다. 이러한 방식으로, 전력 전송 케이블(3)을 통한 용접 프로세스의 제어를 위하여, 상이한 프로세스 파라미터들(process parameters)(PP)을 직렬로 송신하는 것이 가능하다. 추가로, 다른 데이터 송신 채널들 또는 주파수 대역들에서, 센서들을 통해 용접 토치에서 획득될 수 있는 센서 데이터(sensor data)(SD)가 용접 프로세스의 진행에 대한 피드백을 제공하기 위하여 용접 디바이스(2)의 제어기(2B)로 송신될 수 있다. 따라서, 용접 프로세스의 진행 동안, 용접 디바이스(2)로부터 와이어 공급 디바이스(4)로 제어 신호들 또는 용접 파라미터 세팅들을 송신하는 것이 가능하다. 가능한 일 실시예에 있어서, 데이터 통신 또는 데이터 송신은, 용접 디바이스(2)로부터 용접 토치(4)로의 제어 데이터의 송신 동안에, 상이한 센서 신호들 또는 센서 데이터(SD)가 제어기(2B)로 송신될 수 있도록 양방향으로 일어난다. 송신되는 사용자 데이터는 동시에 송신되는 용접 전류(I)에 의해 간섭되거나 또는 손상되지 않는다. 이는 특히, 사용자 데이터가 동일한 간섭 레벨들을 갖는 동극성(homopolar) 라인들 상에서 송신되며 그럼으로써 간섭이 모뎀들에게 가시적이지 않기 때문인 경우이다. 대응하는 방식으로, 사용자 데이터가 비-동극성(non-homopolar) 라인들 상에서 송신될 때에 비하여 신호-대-잡음비가 몇 배 더 높다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)의 추가적인 변형 실시예를 도시한다. 예시된 예시화된 실시예에 있어서, 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4c)은 2개의 전도 쌍들에 연결된다. 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C)은 2개의 전류 라인들(3-1, 3-2)을 갖는 제 1 전도 쌍 및 2개의 전류 라인들(3-3, 3-4)을 갖는 제 2 전도 쌍에 연결된다. 이러한 실시예에서, 전도 쌍들 둘 모두가 데이터 송신을 위하여 사용될 수 있기 때문에, 송신되는 사용자 데이터의 규모가 증가된다.
도 5, 도 6, 도 7은 본 발명에 따른 전력 송신 시스템(1)에 대한 상이한 예시화된 실시예들을 개략적으로 예시한다. 도 5에 예시된 예시화된 실시예에 있어서, 전력(P)은, 용접 디바이스로부터 이에 용접 토치(SB)가 연결된 와이어 공급 디바이스(DVG)로 전력 전송 케이블(LTK)(3)을 통해 송신된다. 가능한 일 실시예에 있어서, 전력 전송 케이블(3)은 4개의 전류 라인들을 갖는다. 전력 전송 케이블(3)은 각기 동일한 전기 전위인 2개의 전류 라인들을 갖는 2개의 전도 쌍들을 갖는다. 따라서, 사용자 데이터의 데이터 송신은, 이들이 전력 송신 동안 영향을 받지 않은 채로 남아 있도록 전력 송신 동안에 동일한 전기 전위를 갖는 전류 라인들을 통해 달성된다.
도 6은, 전력 소스로서의 추가적인 애플리케이션으로서, 전력 소스 내의 연결 컴포넌트(AK)에 연결된 광발전 모듈(photovoltaic module)(PVM)을 도시하며, 여기에서 연결 컴포넌트(AK)는 전력 전송 케이블(LTK)(3)을 통해 광발전 시스템(PVM)의 인버터(WR)에 연결된다. 광발전 모듈(PVM)은, 수신되는 직류를 교류로 변환할 수 있는 인버터(WR)로 전력 전송 케이블(3)을 통해 전력(P)을 송신한다.
도 7은, 추가적인 애플리케이션으로서, 전력 소스로서의 충전 디바이스(LG)로부터 전력 전송 케이블(LTK)(3)을 통해 전력 싱크로서의 축전지(AKK)로의 전력 송신을 도시한다. 도 5, 도 6 및 도 7에 개략적으로 예시된 바와 같이, 모든 애플리케이션들에 있어서, 전력 전송 케이블(3)을 통해 서로 연결된 2개의 디바이스들은 전력(P)의 전력 전송 동안에 단방향으로 또는 양방향으로 서로 통신할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, "양방향으로"는 전 이중 및 또한 반 이중 둘 모두를 포함한다. 본 발명에 따른 전력 전송 케이블(3)에 있어서, 각각의 경우에서 2개의 전도 쌍들에는 바람직하게는 2개의 전류 라인들이 구비된다. 본 발명에 따른 전력 전송 케이블(3)의 대안적인 실시예에 있어서, 추가적인 전도 쌍들이 또한 제공될 수 있다. 각각의 전도 쌍은 2개의 전류 송신 라인들로 구성되며, 이들은 둘 모두가 전력 전송 동안 동일한 전기 전위이다. 본 발명에 다른 전력 전송 케이블(3)의 가능한 일 실시예에 있어서, 전력 전송 케이블(3)의 단부들 둘 모두에, 사용자 데이터 모뎀(2C, 4C)의 연결을 위한 데이터 연결들이 제공된다. 본 발명에 따른 전력 전송 케이블(3)의 추가적인 가능한 실시예에 있어서, 2개의 사용자 데이터 모뎀들(2C, 4C)이 또한 전력 전송 케이블(3)의 단부들에서 통합되고, 전력 소스 및/또는 전력 싱크를 갖는 디바이스에 대한 사용자 데이터 인터페이스를 통해 연결될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 전력 전송 케이블(3)은 디바이스의 전력 소스 및/또는 전력 싱크에 대한 연결을 위한 전류 인터페이스를 가지며, 개별적인 디바이스의 제어 유닛에 대한 연결을 위한 데이터 인터페이스를 갖는다. 전력 전송 케이블(3)은 바람직하게는 다양한 전도 쌍들을 포함하는 보호 케이싱을 갖는다. 전력 전송 케이블(3)의 보호 케이싱은 바람직하게는 추가적으로 스크린될 수 있다.

Claims (16)

  1. 전력 소스(2A)로부터 전력 전송 케이블(3)을 통해 전력 싱크(4A)로 전력(P)의 전력 송신을 위한 전력 송신 시스템(1)으로서,
    상기 전력 소스(2A) 및 상기 전력 싱크(4A)는 각각 제 1 전기 전위를 갖는 제 1 폴(pole) 및 제 2 전기 전위를 갖는 제 2 폴을 포함하고, 상기 폴들은 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 1 전도 쌍 및 제 2 전도 쌍의 병렬 전류 라인들을 통해 연결되며,
    상기 전류 라인들을 통한 상기 전력 송신 동안, 사용자 데이터 신호는, 상기 전력 송신에 의해 영향을 받지 않고 동일한 전기 전위의 전류 라인들을 갖는 적어도 하나의 전도 쌍을 통해 상기 전력 소스(2A)와 상기 전력 싱크(4A) 사이에서 송신될 수 있는, 전력 송신 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 전송 케이블(3)은, 상기 전력 소스(2A) 측 및 상기 전력 싱크(4A) 측 둘 모두 상에, 상기 전류 라인들에 부착되거나 또는 연결될 수 있으며 미리 설정된 사용자 데이터 주파수 대역에서 사용자 데이터 신호를 전송하거나 및/또는 수신하기 위하여 제공되는 사용자 데이터 모뎀(2C, 4C)을 포함하는, 전력 송신 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 동일한 전기 전위의 상기 전류 라인들을 통해 송신되는 상기 사용자 데이터 신호에 대한 상기 사용자 데이터 주파수 대역은 2 MHz 내지 30 MHz의 주파수 범위 내인, 전력 송신 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전기 전위를 갖는 상기 전력 소스(2A)의 상기 제 1 폴은 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 1 단부에 제공된 제 1 분기 지점(GP1)을 통해 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 1 전류 라인(3-1) 및 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 2 전류 라인(3-2)에 연결되며, 이들 둘 모두는 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 2 단부에 제공된 제 2 분기 지점(GP2)을 통해 상기 전력 싱크(4A)의 상기 제 1 폴에 연결되고, 제 2 전기 전위를 갖는 상기 전력 소스(2A)의 상기 제 2 폴은 상기 전력 전송 케이블(3)의 상기 제 1 단부에 제공된 제 3 분기 지점(GP3)을 통해 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 3 전류 라인(3-3) 및 상기 전력 전송 케이블(3)의 제 4 전류 라인에 연결되며, 이들 둘 모두는 상기 전력 전송 케이블(3)의 상기 제 2 단부에 제공된 제 4 분기 지점(GP4)을 통해 상기 전력 싱크(4A)의 상기 제 2 폴에 연결되는, 전력 송신 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전송 케이블(3)의 단부들 둘 모두에서, 각각의 경우에 분리(decoupling) 목적들을 위하여 적어도 하나의 초크(choke)(5, 7)가 제공되는, 전력 송신 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 초크(5, 7)는 전류-보상 초크(current-compensated choke)인, 전력 송신 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전송 케이블(3)의 상기 전류 라인들은 각각의 경우에 적어도 1 KW의 전력을 송신하도록 배열되는, 전력 송신 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 소스(2A)는, 상기 전력 전송 케이블(3)의 상기 전류 라인들을 통해 전력 싱크(4A)로서의 와이어 공급 디바이스(wire feed device)로 용접 전류를 송신하는 용접 디바이스(2)의 용접 전류 소스인, 전력 송신 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 사용자 데이터 모뎀들(4C, 2C)은 사용자 데이터 신호를 송신하기 위하여 제어기(2B, 4B)에 연결되는, 전력 송신 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 소스는, 상기 전력 전송 케이블(3)의 상기 전류 라인들을 통해 광발전 시스템(photovoltaic system)의 인버터(WR)로 전기 직류를 송신하는 상기 광발전 시스템의 광발전 모듈(photovoltaic module)(PVM)인, 전력 송신 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 소스는, 상기 전력 전송 케이블(3)의 상기 전류 라인들을 통해 전력 싱크로서의 충전가능 축전지(AKK)로 충전 전류를 송신하는 충전 디바이스(LG)인, 전력 송신 시스템.
  12. 전력 소스(2A)를 갖는 제 1 디바이스(2)와 전력 싱크(4A)를 갖는 제 2 디바이스(4) 사이에서 사용자 데이터 신호를 송신하기 위한 방법으로서,
    상기 2개의 디바이스들(2, 4)은 상기 제 1 디바이스(2)의 상기 전력 소스(2A)로부터 상기 제 2 디바이스(4)의 상기 전력 싱크(4A)로의 전력의 전력 전송을 위한 전력 전송 케이블(3)을 통해 연결되며, 상기 사용자 데이터 신호는, 상기 전력 전송에 의해 영향을 받지 않고 상기 동일한 전기 전위를 갖는 상기 전력 전송 케이블(3)의 병렬 전류 라인들을 통해 송신되는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 사용자 데이터 신호는 2 내지 30 MHz의 미리 설정된 사용자 데이터 주파수 대역에서 송신되는, 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 사용자 데이터 신호는, 상기 동일한 전기 전위를 갖는 상기 전력 전송 케이블(3)의 적어도 2개의 병렬 전류 라인들을 통해 단방향으로 또는 양방향으로 송신되는, 방법.
  15. 전력 소스(2A) 특히 용접 전류 소스로부터 전력 싱크(4A) 특히 용접 토치로의 전력(P)의 전송을 위한 전력 전송 케이블(3)로서,
    상기 전력 전송 케이블(3)은 각기 2개의 병렬 전류 라인들을 갖는 적어도 2개의 전도 쌍들을 가지며, 각각의 전도 쌍의 상기 2개의 병렬 전류 라인들은 상기 전력 전송 동안 동일한 전기 전위를 가지고, 상기 전력 전송 케이블(3)의 단부들 둘 모두에서 서로 갈바니 전기에 의해(galvanically) 연결되며,
    상기 전력 전송 케이블(3)의 단부들 둘 모두에서의 적어도 하나의 전도 쌍 내에서, 상기 전도 쌍의 상기 2개의 전류 라인들을 통해 사용자 데이터 신호를 전송하고 및/또는 이를 통해 송신되는 사용자 데이터 신호를 수신하기에 적절한 사용자 데이터 모뎀(2C, 4C)의 연결을 위한 개별적인 사용자 데이터 연결이 제공되는, 전력 전송 케이블.
  16. 청구항 15에 있어서,
    전도 쌍의 상기 전류 라인들은 대각적으로(diagonally) 배치되는 것을 특징으로 하는, 전력 전송 케이블.
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