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KR-20260060634-A - PROPULSION CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE HAVING ANTICLE DAMAGE FUNCTIONS

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Abstract

본 발명은 전동차용 추진제어장치에 관한 것으로서, 특히 전원공급장치 앞 단에 회로차단기를 형성하여 문제 발생시 추진동작이 차단되도록 함으로써, 과부하에 의한 고장, 폭발과 같은 소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치에 관한 것이다. 구성은 전동차용 추진제어장치에 있어서, 2개가 병렬 연결되어 1개의 스위칭 역할을 수행하는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)와, GDU(Gate Drive Unit)와, 온도센서를 포함하는 인버터(inverter)와; 상기 인버터와 대향하는 측에 형성되어 교류(AC)를 입력받아 직류(DC)를 출력하는 컨버터와; 상기 인버터의 일측에 형성되어 하나 이상의 주변장치 간의 정보 조작을 제어하는 역할을 하는 제어기와; 상기 제어기에 전원공급을 중단시키는 역할을 하는 회로차단기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Inventors

  • 유성현
  • 김태윤

Assignees

  • 현대로템 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (5)

  1. 전동차용 추진제어장치에 있어서, 2개가 병렬 연결되어 1개의 스위칭 역할을 수행하는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)와, GDU(Gate Drive Unit)와, 온도센서를 포함하는 인버터(inverter)와; 상기 인버터와 대향하는 측에 형성되어 교류(AC)를 입력받아 직류(DC)를 출력하는 컨버터와; 상기 인버터의 일측에 형성되어 하나 이상의 주변장치 간의 정보 조작을 제어하는 역할을 하는 제어기와; 상기 제어기에 전원공급을 중단시키는 역할을 하는 회로차단기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동차용 추진제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 컨버터통신보드와, 인버터통신보드와, 정보입력보드와, 신호출력보드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동차용 추진제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회로차단기는 추진제어장치의 전원을 공급하는 전원공급장치 앞단에 위치하는 것을 특징으로 하는 전동차용 추진제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회로차단기는 작동 된 후 고장 부위를 점검하여 이상이 있을 시에는 조치를 취한 후 수동으로 복귀 시키는 것을 특징으로 하는 전동차용 추진제어장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 추진제어장치를 구비하는 전동차.

Description

소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치{PROPULSION CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE HAVING ANTICLE DAMAGE FUNCTIONS} 본 발명은 전동차용 추진제어장치에 관한 것으로서, 특히 전원공급장치 앞 단에 회로차단기를 형성하여 문제 발생시 추진동작이 차단되도록 함으로써, 과부하에 의한 고장, 폭발과 같은 소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치에 관한 것이다. 일반적으로 전동차에는 직류 → 교류변환을 역변환(逆變換)이라 하며, 이것을 수행하는 장치인 인버터(inverter)와, 교류 → 직류의 변환과 같이 신호 또는 에너지의 모양을 바꾸는 장치인 컨버터(converter)와 견인전동기로 구성되며 전동차의 역행 및 전기제동제어를 수행하는 추진제어장치(propulsion control device)가 구비된다. 그러나, 종래의 전동차용 추진제어장치는 중대 고장이 발생하여 추진제어장치의 전원이 차단 되었을 때 기관사가 운전실에서 직접 스위치를 취급하여 추진제어장치를 강제 동작 시킬 수 있기 때문에 추진제어장치의 문제가 있음에도 전원이 공급되어 동작하여 추진제어장치에 과부하에 의한 고장, 폭발의 원인이 될 수 있는 문제점이 있었다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치의 사시도이다. 도 2는 도 1의 정면도이다. 도 3은 도 2의 제어기와 전원공급장치 커버를 제거한 도면이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치의 인버터 내부를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치의 제어기 구성을 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회로차단기가 설치된 전원공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소손 방지 기능을 갖는 전동차용 추진제어장치의 개념도이다. 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전동차용 추진제어장치(100)는 인버터(110)와 컨버터(120)와, 제어기(130) 및 회로차단기(150)를 포함하여 이루어진다. 상기 인버터(inverter)(110)는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)(111) 2개가 병렬 연결되어 1개의 스위칭 역할을 수행하며, GDU(Gate Drive Unit)(112)와, 온도센서(113) 및 병렬 연결된 6개의 IGBT(111) 조합으로 이루어진다. 즉, 상기 인버터(110)는 직류 → 교류변환을 역변환(逆變換)이라 하며, 이것을 수행하는 장치로서 유도전동기·동기전동기를 구동하는 VVVF(variable voltage variable frequency, 가변전압 가변주파수(可變電壓 可變周波數))로 대별되며, 회로상(回路上)으로는 출력으로부터 직류 측에 리액터(reactor)를 갖춘 전류형과, 콘덴서(condenser)를 갖춘 전압형으로 나누어지고, 제어방식은 출력진폭을 변조(變調)하는 PAM(pulse amplitude modulation)과 출력 시간폭(時間幅)을 변조하는 PWM(pulse width modulation)이 있다. 이와 같이, 상기 인버터(110)는 DC 1.8KV를 입력받아 견인모터(미도시)의 구동에 필요한 AC 1.04전압을 출력한다. 상기 컨버터(120)는 상기 인버터(110)와 대향하는 측에 형성되어 AC 1.04KV를 입력받아 DC 1.8KV를 출력한다. 즉, 상기 컨버터(converter)(120)는 인버터(110)와 함께 신호 또는 에너지의 모양을 바꾸는 장치로서 회로망 ·변환기라고도 한다. 신호변환의 경우에는 흔히 트랜스듀서센서(transducer sensor)라고 하며, 전력분야에서는 교류와 직류간의 변환, 교류의 주파수 상호변환, 상수(相數)의 변환 등을 하는 장치를 말한다. 이들 변환회로에는 사이리스터(thyristor) 등의 전력용 반도체를 사용하는 경우가 많다. 통신 ·고주파 분야에서는 어느 고주파 신호를 그보다 낮은 중간 주파수로 변환하는 부분을 컨버터라고 한다. 이 밖에 직류신호를 교류로 변환하는 단속기(斷續器), 진공열전쌍(眞空熱電雙)을 써서 교류전류를 직류전압으로 변환하는 장치 등도 컨버터라고 한다. 상기 제어기(control unit)(130)는 인버터(110)의 일측에 형성되어 데이터 처리 시스템에서 하나 이상의 주변장치를 제어하는 기능 단위로 기억장치에 축적되어 있는 일련의 프로그램 명령을 순차적으로 꺼내 이것을 분석·해독하여 각 장치에 필요한 지령 신호를 주고, 장치간의 정보 조작을 제어하는 역할을 한다. 즉, 상기 제어기(130)는 중앙연산처리장치 내의 처리기구에 있어서 적절한 순서로 명령을 꺼내고, 각 명령을 해석하여 그 해석에 따라서 산술논리 연산장치나 기타의 부분으로 적절한 신호를 주는 부분이다. 이를 위해, 상기 제어기(130)는 컨버터통신보드(CDSP)(131)와, 인버터통신보드(IDSP)(132)와, 정보입력보드(SEN)(133)와, 신호출력보드(DOUT)(134)를 포함하여 이루어진다. 상기 회로차단기(150)는 추진제어장치(100)의 전원을 공급하는 전원공급장치(PFU)(140)에 위치하여 상기 제어기(Control Unit)(130)에 전원공급을 중단시키는 역할을 한다. 즉, 상기 회로차단기(150)는 과잉의 전류가 흘러 과열로 인한 전장품(電裝品)이 손상되는 것을 방지하기 위해 회로를 열어 차단하기 위한 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 전동차용 추진제어장치(100)의 회로차단기(150)가 작동하면 전원공급장치(PFU)(140)가 입력 전압을 추진제어장치(100)의 제어기(Control Unit)(130)에 줄 수 없어 추진제어장치(100)의 동작을 할 수 없게 만든다. 또, 본 발명은 상기 회로차단기(150)를 전원공급장치(PFU)(140)의 앞단 또는 상부에 위치되도록 설치함으로써, 상기 제어기(Control Unit)(130)에서 회로차단기(150)에 On 신호를 주어도 복귀할 수 없게 된다. 즉, 일반 고장 발생시 상기 제어기(Control Unit)(130)의 입력 전압 공급을 차단시켜 제어기(Control Unit)(130)를 off 하여 추진제어장치(100)를 보호하게 된다. 그리고, 운전실의 기관사가 전동차량을 Shut down 후 재기동 하거나 배전반 내의 노퓨즈 브레이커(NFB : Nofuse Circuit Breaker)를 취급하게 되면 전원공급 장치(140)에서 전원 공급을 하여 제어기(Control Unit)(130)가 On 되어 추진제어장치(100)가 다시 작동하게 된다. 그러나, 본 발명과 같이, 상기 회로차단기(150)를 전원공급장치(PFU)(140) 앞 단이나 상부에 설치하여 놓으면 기관사가 전동차량을 Shut down 후 재기동하거나 배전반 내의 노퓨즈 브레이커(NFB) 스위치를 기관실에서 취급하더라도 전원공급장치(PFU)(140) 자체가 입력 전압을 제어기(Control Unit)(130)에 주지 못하게 되므로 기관사에 의한 강제 작동을 방지할 수 있게 된다. 그러므로, 상기 회로차단기(150) 동작 후, 검수고에 복귀하여 추진제어장치(100)의 하우징을 개방하여 회로차단기(150)가 작동 된 고장 내역을 파악한 후 고장 부위를 점검하여 이상이 있을 시에는 조치를 취한 후 회로차단기(150)를 수동으로 복귀 시켜야 한다. 이에 따라, 추진제어장치(100)의 소손을 방지하고 안정성을 가져갈 수 있게 되는 것이다. 이러한 구성의 상기 추진제어장치(CI: Converter/Inverter)(100)는 입력되는 전원을 견인모터(미도시)의 구동에 필요한 U,V,W 3상의 전압으로 변경하여 견인모터에 출력함으로써 견인모터의 토크를 제어하는 전력변환장치이다. 한편, 본 발명은 상기 추진제어장치(100)를 구비하는 전동차(미도시)를 더 제공할 수 있다. 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 상태를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명에 따른 추진제어장치를 구비하는 전동차를 운행하는 도중에 추진제어장치(100)에 중대 고장이 발생하게 되면, 회로차단기(150)가 동작하여 입력전원을 공급할 수 없도록 한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 예컨대 게이트 구동장치(GDU : Gate Drive Unit)(112)가 고장나게 되면 전력반도체 소손에 원인 가능성 있기 때문에 상기 전동기용 추진제어장치(C/I)(100)의 제어기(Control Unit)(130)에서 회로차단기(150)의 작동 명령 신호를 발생시킨다. 즉, 상기 인버터(110)의 게이트 구동장치(112)가 고장시 제어기(130)는 인버터통신보드(IDSP)(132)와 컨버터통신보드(CDSP)(131)의 통신 상태를 검지한다. 그리고, 인버터통신보드(IDSP)(132)와 컨버터통신보드(CDSP)(131)의 통신 상태를 통해 게이트 구동장치(GDU)(112)의 고장 정보를 인식하였을 경우, 제어기(130)는 신호출력보드(DOUT)(134)를 통하여 회로차단기(150)를 작동시킨다. 이와 같이, 상기 제어기(130)로부터 작동 명령 신호를 받은 회로차단기(150)가 동작하게 되면 전원공급장치(PFU)(140)의 전원공급이 중단되어 추진제어장치(100)의 소손을 방지하게 된다. 또, 접지 불량이 발생하게 되면 제어기(130)의 정보입력보드(SEN)(133)에서 접지불량을 인식하게 되어 신호출력보드(DOUT)(134)를 통하여 회로차단기(150)를 작동시킨다. 이에 따라, 상기 전원공급장치(PFU)(140)의 전원공급이 중단되어 추진제어장치(100)의 소손을 방지하게 된다. 또한, 상기 인버터(110)의 온도센서(113)가 주변압기(미도시)의 온도를 검지하여 설정된 온도 이상의 과온이 검지될 경우 검지된 온도 정보를 제어기(130)의 정보입력보드(SEN)(133)에서 인식하게 되어 신호출력보드(DOUT)(134)를 통하여 회로차단기(150)를 작동시킨다. 이에 따라, 상기 전원공급장치(PFU)(140)의 전원공급이 중단되어 추진제어장치(100)의 소손을 방지하게 된다. 또, 초기 충전 불량 발생시 전압감지센서(DCPT)(미도시)를 통해 충전 전압을 감지(인식)하고, 감