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KR100903078B1 - 라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지용 퀀칭 장치 - Google Patents

라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지용 퀀칭 장치 Download PDF

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KR100903078B1
KR100903078B1 KR1020077003428A KR20077003428A KR100903078B1 KR 100903078 B1 KR100903078 B1 KR 100903078B1 KR 1020077003428 A KR1020077003428 A KR 1020077003428A KR 20077003428 A KR20077003428 A KR 20077003428A KR 100903078 B1 KR100903078 B1 KR 100903078B1
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South Korea
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quenching
bridge
converter
phase
quenching device
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토마스 비리바우어
프란츠 하클
빌프리트 호프뮐러
하인츠 피코르너
빌헬름 릿첼
프란츠 뵈러
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트 외스터라이히
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Abstract

본 발명은 라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지(SRB)용 퀀칭 장치(LOV)를 제어하기 위한 방법에 관한 것이고, 이에 따라 점화 펄스들에 의해 네트워크 타임 제어 회로(AST)로 제어되는 컨버터 브리지의 3개의 입력들(1U1,1V1,1W1)은 삼상 네트워크의 위상들(U,V,W)에 접속되고 상기 브리지의 두 개의 출력들(1C1,1D1)은 발전기로서 동작할 때, 브리지를 통하여 삼상 네트워크에 다시 전류를 공급하는 직류 전류 모터(MOT)에 접속된다. 퀀칭 장치는 전기 및 시간적 변수들의 모니터링에 따라 트리거 펄스들을 방출하는 트리거 유니트(ALE)에 의해 제어된다. 본 발명의 장치는 측정 값들 "직류 출력 전류" 및/또는 "공급 전압들"이 이론적 특성 값들과 비교되는 특성 값들을 결정하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 한다. 상기 비교의 결과에 따라, 퀀칭 장치는 선택적으로 작동된다.

Description

라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지용 퀀칭 장치{QUENCHING DEVICE FOR A CONVERTER BRIDGE WITH LINE REGENERATION}
본 발명은 라인 재생 기능(line regeneration)을 가진 컨버터 브리지용 퀀칭(quenching) 장치를 제어하기 위한 방법에 관한 것이고, 이에 따라 점화 펄스들을 통해 네트워크 타임 제어 회로(network-timed control circuit)에 의해 제어되는 컨버터 브리지의 3개의 입력들은 삼상 네트워크의 위상들에 접속되고 상기 컨버터 브리지의 두 개의 출력들은 발전기로서 동작될 때 삼상 네트워크로 다시 전류를 공급하는 직류 전류 모터에 접속되고, 퀀칭 장치는 전기 및 시간 변수들의 모니터링에 따라 트리거 펄스들을 방출하는 트리거 유니트에 의해 제어된다.
본 발명은 대응하는 퀀칭 장치에 관한 것이다.
예를들어, 출원자에 의해 쓰여진 AT 404 414 B에 기술된 바와같이 라인 정류 컨버터들에서, 전압 또는 전류 파형의 결함들, 특히 과전압들 및/또는 정류 에러들은 값비싼 사이리스터들 또는 상기 브리지 스위치들의 파괴를 유발한다.
보다 정확한 측면들에서, 상기 라인 정류 컨버터들에서 발생하는 기본적인 문제는 피드백 동작시 발생하는 슛 쓰로우(shoot-through) 문제이다. 상기 경우들에서 전력 정전 및 충분한 dc 전압, 예를들어 모터의 대응하는 전기자 전압시 과전류는 발생하고, 상기 과전류는 추가로 증가하고 컨버터 자체에 의해 더 이상 퀀칭되지 않을 수 있다. 따라서 필연적인 결과는 사이리스터들을 보호하기 위하여 일반적으로 제공되고 의도되는 퓨즈들의 트리거이다. 그 결과 일반적으로 고속 반도체 퓨즈로서 구현되는 퓨즈들을 교체하기 위하여 적당한 시간이 요구되기 때문에 컨버터 및 모터의 고장 시간이 보다 길어진다. 따라서, 과전류를 제한 및 차단하거나 슛 쓰로우를 방지하거나, 예를들어 출원자의 상기 특허에서와 같은 제어된 방식으로 상기 슛 쓰로우를 종료시키기 위하여 다양하고 때때로 복잡한 장치들을 생성하기 위한 노력이 이루어졌다.
고속 직류 전류 스위치들은 예를들어 공지되었고 직류 전류 경로에 놓인다. 만약 안정 기능이 보장되려면, 부가적인 고도 제어 가능 쵸크들은 전류의 상승을 제한하기 위하여 필요하고 이에 따라 안전 동작을 위하여 요구되는 문제의 크기 설정 및 정규적인 관리와 별개로 비용들은 커진다.
퀀칭 캐패시터들을 사용하여 직접적으로 사이리스터를 퀀칭하는 다른 방법들은 공지되었고, 상기 방법은 예를들어 하나의 캐패시터를 사용하여 컨버터 브리지의 두 개의 반쪽들중 하나의 반쪽만을 퀀칭하는 것이고, 이에 따라 모터 전류는 상기 모터 전류가 영으로 완전히 감소될 때까지 브리지의 제 2 반쪽의 밸브들을 완전히 로딩하고 이에 따라 모든 경우들의 보호가 가능하지 않다. 유사한 방법은 두 개의 캐패시터들 및 각각의 경우 상기 캐패시터들과 병렬로 전압 제한을 사용하여 양쪽 브리지 반쪽들 모두를 퀀칭하는 것이지만, 모터에서 과전압들이 허용된다. 게다가 언급된 방법들은 만약 네트워크 및 컨버터 브리지 사이에 변압기가 있다면 전력 정전의 경우 과전압에 대해 보호가 이루어지지 않는다.
본 발명의 하나의 목적은 퀀칭 장치의 제어 방법을 제공하는 것이고, 이 방법을 사용하여 라인 재생 기능을 가진 컨버터의 사이리스터들은, 특히 슛 쓰로우의 경우 개별적으로 사이리스터들 또는 전체적으로 컨버터 상부쪽 반도체 퓨즈들이 녹거나 손상(노화)되기 전에 보호될 수 있도록 빠르게 퀀칭될 수 있다. 퓨즈들이 제공되는 경우, 용융 적분값(I2t)은 도달되지 못하고, 퓨즈없는 동작에서 사이리스터들의 제한 로드 적분값(I2t)은 도달될 수 없다. 게다가 컨버터는 무엇보다도 상기 변압기를 이용한 동작에서, 종종 정류 에러들의 원인이며 사이리스터들의 파괴를 유발하는 전력 정전과 함께 발생하는 것과 같은 과전압들로부터 보호되어야 한다.
이들 목적들은 상기 시작부에서 언급된 방법에 의해 달성되고, 여기에서 본 발명에 따라 삼상 네트워크의 적어도 두 개의 위상의 파형들은 위상 각도의 함수로서 위상 각도의 미리 결정된 범위상에서 측정되고, 특성 값은 위상 각도의 함수로서 두 개의 위상들의 파형으로부터 결정되고, 결정된 특성 값은 대응하는 이론적 특성값과 비교되고, 만약 위상들의 측정 값들로부터 결정된 특성 값이 이론적 특성 값으로부터 미리 결정된 값에서 벗어나면, 퀀칭 장치는 작동된다.
다른 또는 대안으로서, 상기 목적들은 시작부에서 언급된 방법에 따라 달성되고, 여기서 본 발명에 따라, 모터 직류 출력 전류는 시간의 함수로서 결정되고, 직류 출력 전류의 이계 도함수(derivation)는 시간에 따라 형성되고, 이계 도함수가 두 개의 연속적인 트리거 포인트들 사이의 영역에서 영 또는 영보다 큰 값을 가지는 경우, 퀀칭 장치는 작동된다.
이런 방식에서, 임의의 경우 컨버터의 정상 기능을 위하여 요구되는 처리 변수들("출력 직류 전류", "삼상 전압")만을 결정함으로써, 임계량은 유도되고, 상기 임계량을 바탕으로 퀀칭 장치가 작동된다. 따라서 이들 임계량의 결정은 퀀칭 장치의 신뢰적인 제어를 배열하고 유도하기에 비교적 간단하다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선 사항들은 종속항들에서 설명되고 도면들의 설명 부분에서 보다 상세히 설명될 것이다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명된다.
도 1은 연관된 트리거 장치를 가진 퀀칭 장치와 함께 직류 전류 모터에 공급하기 위한 제어 회로에 의해 트리거되는 컨버터 브리지의 개략적인 블록도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 제 1 실시예와 관련하여 삼상 네트워크 파형들의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 또는 부가적인 실시예를 가진 전류 그래프이다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 도 1은 연관된 트리거 장치를 가진 통상적인 퀀칭 장치와 함께 직류 전류 모터에 전원을 공급하기 위한 제어 회로에 의해 트리거되는 컨버터 브리지를 도시한다. 상기 퀀칭 장치는 본 발명의 환경내에서 특히 적당하지만, 기본적으로 다른 퀀칭 장치들은 본 발명의 구조내에 사용될 수 있고, 상기 다른 퀀칭 장치는 임의의 장황하게 설명되지 않은 상세한 설명들에서 일부 도시된 퀀칭 장치와 다르다.
도 1에 도시된 바와같이, 삼상 네트워크의 3개의 상들(U,V,W)은 통신 쵸크들(Lu, Lv, Lw)을 통하여 컨버터 브리지(SRB)의 3개의 상에 접속된다. 이 경우 도면에 도시되지 않은 네트워크 퓨즈는 일반적으로 도 2와 관련하여 AT 404 414 B에 기술된 바와 같이 각각의 상에 놓인다. 제어된 정류기 스위치들(V11, ...,V16 및 V21,..., V26)은 사이리스터들 또는 유사한 구성요소들로서 구현된다.
제어 장치(AST)는 양쪽 브리지들에 대해 사이리스터들의 네트워크 타임 점화를 감독하도록 제공된다. 점화 시간들을 이동시킴으로써 속도 또는 토크 조절은 공지된 방식으로 이루어질 수 있다. 네트워크의 삼상 전압들 및 모터 클램핑 전압뿐 아니라, 두 개의 전류 컨버터들(Wu, Ww)을 통한 위상 전류들은 대응하는 정보가 정류기 브리지의 조절 및 제어를 위하여 이용 가능하도록 제어 회로에 공급된다.
컨버터 브리지(SRB)의 두 개의 직류 전류 단자들(1C1, 1D1)은 발전기로 동작할 때 전류를 스위치들(V11, ..., V16)들로 구성된 브리지를 통하여 삼상 네트워크로 다시 공급하도록 직류 전류 모터(MOT)로 루틴된다. 발전기 동작(네트워크 쪽으로 에너지의 흐름)만이 본 발명과 관련하여 관심있다는 것이 여기서 주의되어야 한다. 다른 브리지(V21, ..., V26)는 만약 모터 EMC가 역으로 제공되면(역방향의 회전을 요구함) 피드백 모드로 동작할 수 있다. 간략화를 위하여, 상기 경우는 스위치들(V11, ...,V16)로 구성된 브리지가 라인 재생 기능을 가진 브리지인 것이 여기서 설명될 것이다. 퀀칭 측면에서 조정을 요구하는 문제는 현재 어떤 브리지가 실제 공급 브리지인지 무관하게 실제 공급 브리지에서 발생하지 않을 수 있다. 구체적인 측면들에서, 만약 공급 브리지에서 전력 정전이 있다면, 전류는 떨어진다. 추가적인 이해를 위하여, 등가 회로는 모터(EMC), 전기자 인덕턴스(Lanker) 및 전기자 저항(Ianker)의 직렬 회로로서 도시될 수 있다는 것이 기억되어야 한다. 컨버터 브리지(SRB)의 출력 전류는 도면에 도시된 모터 전류(Ianker)에 해당한다.
본 발명의 측면에서 통상적인 장치로 구현되고 작동하는 퀀칭 장치(LOV)는 하기될 바와같이 각각의 캐패시터가 도면에 도시된 극성으로 충전되는 각각의 브리지 반쪽(V11,V13,V15 또는 V14,V16,V12)(V21,V23,V25 또는 V24,V26,V22에 대해 역방향 EMC를 가짐)에 대한 퀀칭 캐패시터(C1 또는 C2)를 소유한다. 캐패시터들(C1 및 C2)의 플러스 극 또는 마이너스 극은 사이리스터들(V31,V32 및 V34,V33)을 통하여 컨버터 브리지(SRB)의 직류 전류 접속부들(1C1 및 1D1)으로, 현재의 경우 정류 쵸크들(L1,L2)을 통하여 도시된 방식으로 접속된다. C1의 마이너스 극 또는 C2의 플러스 극은 사이리스터(V39) 및 3개의 다이오드들(V41,V43,V45) 또는 사이리스터(V40) 및 3개의 다이오드들(V44,V46,V42)을 통하여 컨버터 브리지(SRB)의 교류 전류 접속부들(1U1,1V1,1W1)에 접속된다. 접속부들에서 도면에 도시된 쵸크들(LSU, LSV, LSW)은 전류 증가를 제한하고, 이들은 에어 코일들 또는 기생(라인) 인덕턴스들일 수 있다.
도시된 퀀칭 장치는 전압 제한기(SBG)가 병렬로 접속되는 보호 캐패시터(C3)를 특징으로 한다. 보호 캐패시터(C3)의 마이너스 극은 사이리스터들(V35,V36)을 통하여 통과하고 플러스 극은 사이리스터들(V38,V37)을 통하여 컨버터 브리지(SRB)의 직류 전류 단자들(1C1,1D1)에 접속된다. 퀀칭 캐패시터들(C1,C2)과 대조하여, 보호 캐패시터(C3)는 동일한 극성의 전압을 가지며 사이리스터들(V35,...,V38)은 만약 C1 및 C2의 충전 전압들의 합이 C3의 오프 전압보다 작으면, 다이오드들로 대체될 수 있다.
브리지 회로에 배열된 다이오드들(V41,...,V46)의 직류 전류는 다이오드들(V47 또는 V48)을 통하여 전압 제한기(SBG) 및 보호 캐패시터(C3)에 접속된다. 퀀칭 처리의 과정에서, 한편으로 정류 쵸크들의 전류, 및 컨버터 브리지들의 정상 동작시(모터 및 발전기) 네트워크로부터의 과도 과전압들과 컨버터 자체로부터의 정류 전압 피크들의 전달을 감소시키는 것은 가능하다.
퀀칭 처리(도면에 도시된 모터 EMC의 극성에 대해)는 우선 지금 하기에 설명될 것이고, 상기 경우 도면에 따라 충전된 퀀칭 캐패시터들(C1,C2)은 전제조건이다. 충전은 추가로 하기에 설명된다.
트리거 유니트(ALE)에 의한 퀀칭 사이리스터들(V33 및 V39, V40)의 점화 후, 전류들은 상부 반쪽 브리지(V11,V13,V15)로부터 캐패시터(C1)로, 및 하부 반쪽 브리지(V14,V16,V12)로부터 캐패시터(C2)로 정류하고, 이에 따라 라인 재생 컨버터(V11,...,V16)의 모든 전류들은 즉각적으로 퀀칭된다. 동시에 퀀칭 펄스들(퀀칭 사이리스터들에 대한 점화 펄스들)의 방출과 동시에, 컨버터 브리지(SRB)에 대한 점화 펄스들은 차단된다.
캐패시터들(C1,C2)의 전압들은 모터 전류가 전압 제한기(SBG)에 제공된 캐패시터(C3)에서 바로 전에 점화된 사이리스터들(V35 및 V37)을 통하여 정류할 때까지 모터 전류를 통하여 발진한다. 만약 C3의 전압이 제한기(SGB)의 제한 레벨에 아직 도달되지 않으면, 모터 전류에 의해 상기 제한 레벨까지 충전된다. 전류들이 역방향 모터(EMC)에 대해 사이리스터들(V32,V34,V36 및 V38)을 통해서만 흐른다는 것이 주의되어야 한다.
전압 제한기(SBG) 및 그 기능은 하기에 보다 상세히 논의되고, 상기 경우에서 한가지 요구 조건은 모터 전압 극성(모터 또는 장치 단자들에서 전압)이 대략 11ms 동안, 퀀칭 처리에 의해 일시적으로 역방향이 되는 것이다. 일단 본래 모터 전압에 다시 도달되면, 모터 전류는 초기 값에 관련하여 퀀칭 포인트에서 약간 증가된다. 모터의 전기자 인덕턴스 전류는 보다 높은 전압에 의해 영까지만 감소되고 이 전압은 제한 측면에서 최대 값까지 전압 제한기(SBG)에 의해 제어되어야 한다.
상기 제한은 제한기(SBG)의 입력 단자들 및 따라서 보호 캐패시터(C3)에서 안정기 레지스터들의 제어된 트리거링에 의해 공지된 방식으로 이루어진다. 안정기 저항기들은 전압 레벨에 따라 다른 클럭 펄스에 접속되고, 전기 에너지는 열 에너지로 전환된다. 실제로 2개 상태의 제어기는 안정기 레지스터들을 스위치 온 및 오프하는 10% 히스테리시스 정도에서 이용 가능하다. 가능한 한 보다 높은 합산 퀀칭 전압을 형성하기 위하여 전압 제한기(SBG)는 사이리스터들(V35,...,V38)을 통하여 캐패시터들(C1,C2)의 동기화 동안 스위치 오프될 수 있다. 4 개의 다이오드들은 여기 사용될 수 있지만, 이들 다이오드들이 필수적으로 C3와 브리지 컨버터를 형성하기 때문에, 초기 정류 동안 상기 합산 퀀칭 전압은 C3의 순시 전압 값을 초과하고 큰(제한되지 않고/손상을 발생시키는) 전류 서지를 유발한다. 그러므로, 4개의 퀀칭 사이리스터들은 사용되고 캐패시터 전압들(C1 및 C2)의 영 교차 시점 정도에서 점화된다. 상기된 바와같이 제한기 쪽으로 정류하는 모터 전류가 미리 결정되기 때문에(또는 전류가 가해지거나 유사하게 일정함) 더 이상 위험하지 않다. 보호 캐패시터로서 설계된 캐패시터(C3)는 다른 제한기(SBG)의 사용으로 생략될 수 있고, 전압 의존 레지스터들 또는 제너 다이오드들은 예를들어 고려된다.
전압 제한기(SBG)는 이미 언급된 다이오드들(V47, V48)을 통하여 다이오드 브리지(V41, ..., V46)에 영구적으로 접속된다. 이것은 네트워크로부터 나오는 모든 과전압들이 제한되게 한다. 예를들어 상부쪽 변압기가 로드하에서 스위치 오프될 때 큰 과전압들은 발생한다. 이것은 하기에서 상세히 논의되지 않는다.
전압 제한기(SBG)의 상기 레지스터들에서 영구적 누설 전력을 피하기 위하여, 이것은 다소 낮은 전압 임계값을 가진 추가 스위치를 가질 수 있고, 여기에서 클럭된("쵸핑") 레지스터들 또는 레지스터는 전압 제한기의 주어진 값들보다 상당히 높은 저항 값을 가진다.
실제 실시예에서 쵸핑된 레지스터는 250 mOhm을 효과적으로 처리하는 것이 언급되어야 한다. 상기 실행은 4개의 IGBT 스위치들 및 각각 1 Ohm을 가진 4개의 레지스터들을 통하여 병렬로 이루어진다. 900A의 전류는 제한적인 경우 각각의 레지스터를 통하여 흐른다.
두 개의 퀀칭 캐패시터들(C1,C2)은 위상 대 위상 ac 전압의 피크 값 부분- 통상적으로 0.5 내지 0.9 - 까지 충전되어야 한다. 두 개의 캐패시터들(C1 및 C2)은 퀀칭 처리 후 역순으로 충전된다. 하기된 회로는 엄격하게 말하면 우선 방전이 영으로 되고 그 다음 충전된다. 두 개의 캐패시터들이 충전되는 방식은 본 발명의 원리에서 중요하지 않지만, 퀀칭 장치의 전체 회로에 집적된 실제로 검증된 충전 회로에 대한 옵션은 하기에 기술된다. 각각의 캐패시터(C1 또는 C2)에 대해, 이것은 두 개의 충전 레지스터들(R1, R2 또는 R3, R4)을 특징으로 하고, 상기 레지스터들은 브리지 회로(V41..V46)의 플러스 극(R1,R3) 또는 마이너스 극(R2,R4)에 유도된다. 충전 레지스터들(R1,R2 및 R3,R4)과 직렬로 놓이는 C1에 대한 스위치들(S1, S2) 및 C2에 대한 스위치들(S3, S4)은 도면에 도시되지 않은 두 가지 상태 제어기에 의해 제어된다. 충전은 퀀칭 사이리스터들이 스위치 오프되는 경우에만 가능하다. 게다가, 이 회로는 퀀칭 사이리스터들(V31 및 V33, 또는 V32 및 V34)상에 이중 전압 로드를 방지한다.
퀀칭이 발생할 때, 퀀칭 캐패시터들(C1 및 C2)에서 전압의 동기화 동안 퀀칭 사이리스터들의 점화 바로 다음, 상기 사이리스터들은 충전 전류를 통한 성공적인 전류 감소 후 퀀칭 사이리스터들이 도전을 유지하는 것을 방지하기 위하여 이전에 언급된 반도체 스위치들(S1..S4)에 의해 충전 회로로부터 분리되어야 한다. 이것은 추가의 충전 처리를 방지하고 그 결과 충전 레지스터들(R1, ...,R4)의 오버로딩이 발생한다. 캐패시터들(C1 및 C2)이 충분히 다시 충전되자 마자, 새로운 퀀칭 처리가 발생하고, 그러나 특정 기간내에서 퀀칭 처리시 반복 주파수 또는 퀀칭 처리들의 수는 회로, 특히 충전 레지스터들 및 전압 제한기의 크기 설정에 의해 결정된다.
전체 회로는 컨버터와 통신하기 위한 마이크로처리기 지원부를 가진 아날로그 회로에 의해 제어될 수 있다. "사이리스터 퀀칭 장치용 트리거 유니트"에 대한 본 발명의 방법은 지금 상세히 논의될 것이다. 사이리스터 퀀칭 장치는 이 경우 측정된 전압들 및 전류들 및/또는 예를들어 적당한 소프트웨어에 의해 결정된 시간을 바탕으로 트리거된다.
본 발명의 방법의 제 1 변형에서, 적어도 두 개의 위상들의 파형들, 이하에서 교류 전류 네트워크의 두 개의 위상들(U,V)은 위상 각도(
Figure 112008054186208-pct00001
)의 미리 결정된 영역상에서 위상 각도들(
Figure 112008054186208-pct00002
)의 함수로서 측정된다. 본 발명에 따라, 특성 값은 위상 각도(c)의 함수로서 이들 두 개의 위상들(U,V)의 파형으로부터 결정되고, 이에 따라 결정된 특성 값(Agem)은 대응하는 이론적 특성 값(Athe)과 비교되고; 이론적 특성 값을 결정하는 방법은 이 문헌에서 추가로 검증된다.
만약 위상들(U,V)의 측정된 값들로부터 결정된 특성 값(Agem)이 이론적 특성 값으로부터 미리 결정된 값 만큼 벗어나면, 퀀칭 장치(LOV)는 작동된다. 수학적으로 이런 조건은 다음 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112007013096538-pct00003
이것은 만약 측정된 특성 값(Agem)이 이론적 특성 값(Athe) 보다 특정 양만큼 작으면 퀀칭 장치가 작동되는 것을 의미한다.
도 2a 및 2b는 실제 상황을 보다 상세히 도시한다. 도 2a는 순서적으로 정류에 의해 형성된 컨버터의 출력에서 결과적인 이론적인 이상적 전압 곡선을 나타내는 두꺼운 라인(약간 오프셋됨)에 의한 위상들(U,V,W)(ac 메인 사인파)의 이론적 파형들을 나타낸다. 또한 모터의 순시 EMC가 도시된다.
다음 위상에 대한 이런 정류, 즉 위상 U에서 위상 V로의 정류는 시점(tz)에서 발생되어야 한다. 도 2b에 도시된 예에서, 이런 정류는 네트워크 전압이 위상 U(대쉬(dash) 라인)의 대부분 차단을 나타내기 때문에 발생하지 않고, 따라서 비록 새로운 밸브(위상 V)로의 변화가 발생하고 전류가 이 위상(V)을 통하여 흐르더라도, 이전 밸브(위상 U)는 퀀칭되지 않고 전류는 이 위상을 통하여 계속 흐른다. 이런 이유로 인해, 인출된 컨버터(두꺼운 라인을 가짐)의 출력에서 전압의 비정상적인 파형은 나타나고, 바람직하지 않은 효과를 유발한다.
시점(tx)에서, 위상(V)상 전류는 차단 전압 시간(Agem)이 너무 작기 때문에, 완전히 정류할 수 없고 위상(U)에서 계속 흐른다.
논의된 본 발명의 제 1 변형에서, 이런 형태의 오기능은 미리 검출될 수 있고 퀀칭 장치(LOV)는 작동된다. 구체적인 측면들에서, 레벨(Agem, Athe)은 위상(U,V)의 파형들에 의해 제한되는 특성 값으로서 현재 변형에 의해 결정되고, 상기 레벨은 미리 결정할 수 있는 하부 위상 각도(
Figure 112008054186208-pct00004
min)와 미리 결정할 수 있는 상부 위상 각도(
Figure 112008054186208-pct00005
max) 사이에서 계산된다.
따라서 특성 값들은 이에 따라 형성된다.
Figure 112007013096538-pct00006
통상적인 이용 값들은 제 1 위상(U)에서 제 2 위상(V)으로 정류하기 위한 점화 펄스 동안 하부 위상 각도(
Figure 112008054186208-pct00007
min)의 점화 각도(
Figure 112008054186208-pct00008
) 또는 점화 종료 시간(tz)에 대응하면 형성된다.
적분은 V>U가 인가되는 영역에서만 발생한다.
정류는 하부쪽 정류 사이리스터 쌍이 최소 차단 전압 시간 레벨(Agem)을 필요로 하여 레벨 차단 전압 시간 레벨(Agem)이 너무 작고, 이에 따라 사이리스터들의 전하 캐리어들이 제거되고 사이리스터들이 차단될 수 있기 때문에 발생하지 않는다. 만약 최소 레벨이 이용 가능하지 않다면, 사이리스터 쌍에서 다음("정류")으로의 전이는 발생할 수 없다. 이전 사이리스터 쌍은 도전 상태를 유지한다. 이런 위상에서 삼상 전압은 영으로 진행하고 그 다음 양으로 진행하기 때문에, 이 경로에서 전류는 빠르게 상승하고 용융을 유도한다. 만약 정확한 시간에서 작동되면, 퀀칭 장치는 가파르게 상승하는 전류를 퀀칭 캐패시터에 반영하고 결과적으로 영으로 감소시킨다.
상부 위상 각도(
Figure 112008054186208-pct00009
max)는 필수적으로 제 1 위상(U) 및 제 2 위상(V)이 동일한 값을 가지는 위상 각도의 값에 대응한다.
Figure 112008054186208-pct00010
z = 150°의 점화 각도에서, 차단 전압 레벨(Agem 또는 Athe)은 점화 각도 이후 30°에서 종료한다. 그러나 점화 각도(
Figure 112008054186208-pct00011
z)가 적분을 위하여 충분한 후 임의의 주어진 점화 각도에 대해 최대 30°위상 각도의 상한은 일반적으로, 지정될 수 있다. 만약, 이런 시점까지, 충분한 레벨이 이론적 차단 전압 레벨과 비교하여 생성되지 않으면, 정류는 임의의 방식으로 올바르게 발생하지 않고 퀀칭 장치는 과전류가 설정되는 것을 방지하기 위하여 작동된다.
이전에 언급된 바와같이, 퀀칭 장치(LOV)는 만약 측정된 레벨(Agem)이 이론적 레벨(Athe) 보다 특정 양만큼 작으면 작동될 것이다. 상기된 인자(k)에 대한 값(0.5)의 사용은 상기 경우들에서 실제적으로 검증된다. 이런 관계를 고려하여 과전류가 설정되는 것이 신뢰적으로 방지될 수 있다.
최종적으로, 펄스들(U,V)의 파형들에 대한 이론적 레벨(Athe)을 계산하기 위하여, 코사인 또는 사인 파형이 위상 각도에 따라 취해지는 것이 언급되어야 한다.
이론적 레벨(Athe)을 계산하기 위하여, 두 개의 연속적인 위상들의 파형들은 사용되지만, 매 3.3ms(=네트워크 기간의 1/6)에서 2개의 다른 위상들은 사용된다, 즉 제 1 U 및 V, 그 다음 V 및 W, 그 다음 W 및 U 등.
퀀칭 장치를 작동하기 위한 본 발명의 방법의 다른 제 2 변형은 모터 출력 직류 전류(IA)(Imotor로서 이전 설명에서 참조됨)가 시간의 함수로서 결정되고, 출력 직류 전류(IA)의 이계 도함수가 시간에 따라 형성되게 하고, 상기 경우에 대해 이계 도함수는 퀀칭 장치(LOV)가 작동되도록 두 개의 연속적인 점화 시간들(tZ1, tz2; tz2, tz3; tz3) 사이의 영역에서 영이거나 영보다 큰 값을 가진다.
도 3은 시간(t) 또는 위상(
Figure 112008054186208-pct00012
)의 함수로서 모터 출력 직류 전류(IA)의 통상적인 파형을 도시한다. 점화 시간들(tz1 및 tz2 또는 tz2 및 tz3) 사이에서, IA의 파형은 통상적인 파형을 나타내고 점화시간들(tzi) 에서만 I=1,2,3은 급격하게 변화되는 파형이고; 이것은 이런 시점에서 새로운 사이리스터 쌍이 점화되기 때문에 정상적이다. 퀀칭 장치는 이런 시점에서 작동되지 않는다.
그러나, 전류 파형이 시점(tu)의 경우처럼 통상적이지 않은 파형을 나타낸다면 - 이 시점에서 비록 시간 tu가 점화 시간(tz3a) 이후에 놓이지만 여전히 다음 점화 시간 이전에 놓이므로, 파형은 시간의 함수로서 IA로부터 급격하게 변화한다 -, 이것은 이 시점에서 새로운 사이리스터 쌍이 점화되지 않기 때문에 컨버터가 올바르지 않은 상태에 있지 않은 것을 의미한다. 따라서 퀀칭 장치는 이 시점에서 작동된다.
각각의 전류 컵 동안, 이것은 d2IA/dt2 < 0이어야 한다. 만약 이것이 상기 경우가 아니면, 삼상 전압 결함으로 인해, 과전류가 짧은 시간내에 형성되고 퀀칭 장치는 과전류가 도달되기 전에 미리 작동될 수 있다.
변수(1) 및 변수(2)는 독립적으로 퀀칭 장치를 제어하기에 적당하지만, 양쪽 변수들이 동시에 사용되는 것이 바람직하다. 양쪽 변수들은 과전류에 도달되기 전에 퀀칭 장치를 작동시키기에 적당하다.
변수(1)는 점화 시간 근처의 시점에서 과전류 생성을 검출하기에 특히 적당 하고, 변수(2)는 무엇보다도 두 개의 점화 시간들 사이의 영역에 적당하다.
변수(2)의 경우 - 변수(1)와 함께 사용되든지 독립적으로 사용되든지에 무관하게 - 모터 출력 직류 전류(IA)는 모터측상에서 직접적으로 측정되거나, 많은 경우들에서 실행하기가 보다 용이하고 비교적 우수한 결과들을 제공하기 위한 방법으로, 모터 출력 직류 전류(IA)는 적어도 두 개의 삼상 전류들로부터 유도된다.
퀀칭 장치는 과전류가 변수(1) 및/또는 변수(2)에 의해 발생하기 전에 미리 작동될 수 있다. 이것은 가장 우수한 방식으로 모터들, 퓨즈들, 사이리스터들, 회로 차단기들 등등 같은 모든 동작 리소스들을 보호한다.
중단할 수 없는 동작의 측면에서, 올바르지 않은 작동이 발생하지 않는 것이 필요하고, 이런 올바르지 않은 작동은 퀀칭 장치가 합리적인 이유없이 작동되지 않는 것을 의미한다. 만약 정류가 확실이 가능하지 않은 경우, 퀀칭 장치만을 작동하도록 변수들(1 및/또는 2)이 설계되면 - 예를들어 변수(1)의 파라미터(k)의 대응하는 선택에 의해 - 부가적으로, 정류가 여전히 실패하는 경우 추가적인 보호 장치가 제공되는 것이 유용하다.
이런 목적을 위하여 모터 출력 직류 전류(IA)가 결정되고 모니터된 출력 직류 전류의 미리 결정 가능한 임계값(IAS)이 초과되는 경우 퀀칭 장치가 작동되는 부가적인 준비가 이루어진다.
이 경우 임계값에 대한 통상적인 값은 컨버터 브리지(SRB) 정격 전류의 2과 1/2 내지 3배이다(도 3 참조).
마지막으로 다수의 동작(에러) 상태들의 예들은 제공되어 본 발명의 퀀칭 장치에 의해 관리될 수 있다.
고전압 또는 중간 전압 장비의 점화 스트라이크(strike)들로 인해 보호 경로들 또는 가스 충전 과전압 보호 엘리먼트들은 점화된다. 그 다음 전류가 영을 교차할 때까지 상기 엘리먼트는 연소한다. 이것은 3 내지 20ms 사이에서 지속하는 저저항 전력 정전을 발생시킨다. 그러나, 삼상 전압의 보다 긴 결함은 발생하고, 여기서 하나 이상의 변압기들 또는 다른 로드들은 저저항에서 영으로 네트워크를 홀딩한다.
동일한 네트워크에서 병렬 회로상 단락 회로로 인해, 전력 정전은 처음에만 발생한다. 그 다음 할당된 퓨즈는 녹고 네트워크로부터 결함 회로를 분리시킨다. 그 다음 짧은 과전압 펄스는 이런 방식으로 발생하고, 상기 경우 정전 기간 및 세기는 네트워크 임피던스 및 에러 전류에 의존한다.
저저항 전력 정전들에 대한 추가 가능성은 공급 네트워크상 모든 형태의 단락 회로들이다.
저저항 전력 정전들과 관련되어 모두 제공된 실시예들 및 동일한 네트워크에서 컨버터를 통한 동시 라인 등가화로 인해, 모터 전류는 트리거링 유니트가 퀀칭 장치를 스위치 오프하도록 할 때까지 EMC 및 전기자 인덕턴스 플러스 네트워크 임피던스에 따라 즉각적으로 증가한다. 평균 스위치 오프 시간, 즉, 모터 전류가 영으로 떨어지는 시간은 대략 5ms 정도이다. 전력이 리턴할 때 임의의 과전압 피크들은 상기된 바와같이 제한된다.
컨버터 바로 전면에 있는 메인 회로 차단기는 정류 인덕턴스들을 스위치 오프하고 앵커(anchor) 인덕턴스는 방전될 필요가 있다. 이것은 상기된 바와같이 항상 작동하는 메인 전압 제한에 의해 달성된다. 이것은 슛 쓰로우가 없지만, 과전압 보호없이 종종 교차 점화가 있다는 것을 의미한다. 에너지 감소는 주로 메인 회로 차단기에서 발생하지만, 접촉 내구성으로 인해 간단히 방지된다.
예를들어 중간 전압 레벨에서 공급 변압기의 스위치 오프시, 네트워크의 보다 높은 내부 저항은 임의의 상당한 전류 증가(슛 쓰로우)가 발생하지 않게 한다. 그러나 컨버터의 특정 사이리스터들은 더 이상 퀀칭하지 않고 그 결과는 크로스 점화기이다. 이런 조건은 적당한 시간에 검출되고 퀀칭 장치는 전류의 스위치오버를 시작한다. 상기 변압기의 소자를 통하여 발생하는 임의의 과전압들은 차례로 퀀칭 장치(전압 제한기와 병렬의 C3에 대한 다이오드 브리지 V41,...,V46 내지 V47, V48)에 의해 제한된다.

Claims (16)

  1. 라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지(SRB)용 퀀칭 장치(LOV)의 제어 방법에서,
    점화 펄스들을 사용하는 네트워크 타임 제어 회로(AST)로 제어되는 컨버터 브리지의 3개의 입력들(1U1,1V1,1W1)은 삼상 네트워크의 위상들(U,V,W)에 접속되고, 상기 브리지의 두 개의 출력들(1C1,1D1)은 발전기로서 동작할 때 브리지를 통하여 삼상 네트워크에 다시 전류를 공급하는 직류 전류 모터(MOT)에 접속되고, 상기 퀀칭 장치는 전기적 및 시간적 변수들의 모니터링에 따라 트리거 펄스들을 방출하는 트리거 유니트(ALE)에 의해 제어되는,
    상기 컨버터 브리지용 퀀칭 장치의 제어 방법으로서,
    위상 각도(
    Figure 112008054186208-pct00013
    )의 함수로서 삼상 네트워크의 적어도 두 개의 위상들(U,V)의 파형들은 미리 결정 가능한 위상 각도(
    Figure 112008054186208-pct00014
    ) 영역에서 측정되고, 특성 값은 위상 각도(
    Figure 112008054186208-pct00015
    )의 함수로서 두 개의 위상들(U,V)의 파형으로부터 결정되고, 결정된 특성 값(Agem)은 대응하는 이론적 특성 값(Athe)과 비교되고, 만약 위상들(U,V)의 측정된 값들로부터 결정된 특성 값(Agem)이 이론적 특성 값으로부터 미리 결정 가능한 값에서 벗어나면, 퀀칭 장치(LOV)는 작동되는,
    컨버터 브리징 퀀칭 장치 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 특성 값은 위상들(U,V)의 파형들에 의해 제한되는 레벨이고, 상기 레벨은 미리 결정 가능한 하부 위상 각도(man) 및 미리 결정 가능한 상부 위상 각도(
    Figure 112009012240002-pct00016
    max) 사이에서 계산되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 레벨은
    Figure 112009012240002-pct00017
    에 따라 계산되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 하부 위상 각도(man)는 제 1 위상(U)에서 제 2 위상(V)으로의 정류를 위한 점화 펄스에 대한 점화 각도(
    Figure 112008054186208-pct00018
    z)에 해당하는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 상부 위상 각도(
    Figure 112009012240002-pct00019
    max)는 제 1 위상(U) 및 제 2 위상(V)이 동일한 전압 값을 가지는 위상 각도 값에 해당하는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 위상 각도 영역에 대한 상부 위상 각도는 점화 각도(
    Figure 112008054186208-pct00020
    z) 후, 최대 30°에 놓이는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 퀀칭 장치(LOV)는 만약 측정된 레벨이 이론적 레벨 보다 특정 양만큼 작으면 작동되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 위상들(U,V)의 파형들에 대한 이론적 레벨을 계산하기 위하여, 코사인 또는 사인 파형들은 위상 각도에 따라 취해지는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 모터 출력 직류 전류(IA)는 시간의 함수로서 결정되고, 상기 모터 출력 직류 전류(IA)의 이계 도함수는 시간에 따라 형성되고, 두 개의 연속적인 점화 시간들(tz1, tz2; tz2, tz3; tz3, tz4) 사이의 영역에서 이계 도함수는 영이거나 영보다 큰 값을 가지는 경우, 퀀칭 장치(LOV)는 작동되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  10. 라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지(SRB)용 퀀칭 장치(LOV)의 제어 방법에서,
    점화 펄스들을 사용하는 네트워크 타임 제어 회로(AST)로 제어되는 컨버터 브리지의 3개의 입력들(1U1,1V1,1W1)은 삼상 네트워크의 위상들(U,V,W)과 접속되고 상기 브리지의 두 개의 출력들(1C1,1D1)은 발전기로서 동작될 때, 브리지를 통하여 삼상 네트워크내로 다시 전류를 공급하는 직류 전류 모터(MOT)에 접속되고, 상기 퀀칭 장치는 전기 및 시간적 변수들의 모니터링에 따라 트리거 펄스들을 방출하는 트리거 유니트(ALE)에 의해 제어되는,
    상기 컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법으로서,
    모터 출력 직류 전류(IA)는 시간의 함수로서 결정되고, 모터 출력 직류 전류(IA)의 이계 도함수는 시간에 따라 형성되고, 두 개의 연속적인 점화 시간들(tz1,tz2; tz2,tz3; tz3,tz4) 사이의 영역에서 이계 도함수가 영이거나 영보다 큰 값을 가지는 경우, 퀀칭 장치(LOV)는 작동되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 모터 출력 직류 전류(IA)는 모터측 상에서 직접 측정되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 모터 출력 직류 전류(IA)는 적어도 두 개의 네트워크 전류들로부터 유도되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 출력 직류 전류(IA)는 모니터되고, 만약 상기 모니터된 모터 출력 직류 전류(IA)가 미리 결정 가능한 임계값(IAS)을 초과하면, 상기 퀀칭 장치는 작동되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 임계값(IAS)은 컨버터 브리지(SRB)의 정격 전류의 3배에 해당하는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치 제어 방법.
  15. 라인 재생 기능을 가진 컨버터 브리지(SRB)용 퀀칭 장치(LOV)에서,
    점화 펄스들을 사용하는 네트워크 타임 제어 회로(AST)로 제어되는 컨버터 브리지의 3개의 입력들(1U1,1V1,1W1)은 삼상 네트워크의 위상들(U,V,W)에 접속되고 상기 브리지의 두 개의 출력들(1C1,1D1)은 발전기로서 동작될 때 브리지를 통하여 삼상 네트워크에 다시 전류를 공급하는 직류 전류 모터(MOT)에 접속되고, 상기 퀀칭 장치는 전기적 및 시간적 변수들의 모니터링에 따라 트리거 펄스들을 방출하는 트리거 유니트(ALE)에 의해 제어되는,
    상기 컨버터 브리지용 퀀칭 장치로서,
    상기 퀀칭 장치는 청구항 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제어되는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 브리지(V11,V13,V15; V11',V13',V15' 또는 V14,V16,V12; V14',V16,V12')의 각각의 반쪽에 대한 퀀칭 장치(LOV)는 충전 회로(R1,S1,R2,S2 또는 R3,S3,R4,S4)에 의해 정의된 퀀칭 전압으로 충전될 퀀칭 캐패시터(C1 또는 C2)를 가지며, 상기 퀀칭 캐패시터들은 트리거 유니트(ALE)에 의해 작동되는 스위치들(V31,V32,V39 또는 V34,V33,V40)의 도움으로 퀀칭을 위한 브리지의 반쪽들에 접속될 수 있는,
    컨버터 브리지용 퀀칭 장치.
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