KR0166411B1 - 주기축 구동발전장치의 주파수 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속, 고정밀도의 주파수검출이 가능하고 고속 응답·고정 밀도의 출력주파수 제어가 가능한 주기축 구동발전장치의 제어장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 선박의 주엔진에 의해서 구동되는 축발전기의 출력을 콘베이터· 인버터에 의해서 변환하고, 또한 인버터 및 부하에 무효전력을 공급하는 동기조상기의 주파수가 소정의 값이 되도록 축발전기의 출력전류 지령치를 연산함과 동시에 이 출력전류 지령치에 출력전류가 일치하도록 콘버터·인버터의 각호각을 제어하는 전류제어기를 구비한 주기축 구동 발전장치에 있어서, 디지탈에서 주파수를 검출하는 제1주파수 검출수단과 아날로그치에서 주파수를 검출하는 제2주파수 검출수단을 설치하여, 제1주파수 검출수단으로부터의 신호는 저영역 통과필터를 통하고, 제2주파수 검출수단으로부터의 신호는 광역 통과필터를 통하며, 양자를 가상한 주파수 검출신호를 주파수 제어기에 부여하고 있으므로, 축발전기의 출력주파수의 검출을 고속 또한 고정밀도에 행할 수 있고, 고속응답·고정밀도의 출력주파수 제어를 실현할 수 있다.

Description

주기축(主機軸) 구동발전장치의 주파수 제어장치

제1도는 본 발명의 한 실시예의 블록도.

제2도는 제1도의 신호합성기의 상세블록도.

제3도는 제1도에서의 각 신호의 주파수-이득특성도.

제4도는 종래의 주기축 구동발전장치의 주파수 제어장치의 한 예를 나타낸 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 축발전기 2 : 콘버터

3 : 인버터 4 : 동기조상기

5 : 주엔진 6 : 프로펠러

7 : 부하 8 : 차단기

9 : 모선 10 : 톱니바퀴

11 : 펄스센서 12 : F/V변환기

13 : 카운터 15 : 디지탈 제어장치

18 : 전류검출기 151 : 제1A/D변환기

152 : 출력주파수 지령설정기 153 : 주파수 제어기

154 : 제2A/D변환기

155 : 콘버터(3)·인버터(2)의 위상제어기

157 : 인버터(3)의 위상제어기 158 : 신호합성기

200 : 로우패스 필터 201 : 하이패스 필터

202 : 가산기

본 발명은 선박용의 주기축 구동발전장치에서, 출력주파수의 제어를 디지탈 콘트롤러로 행하는 경우에, 고속응답으로 고정밀도의 제어를 할 수 있는 주기축 구동발전장치의 주파수 제어장치에 관한 것이다.

주기축 구동발전장치는 선박의 주엔진에 의해서 발전기를 구동하고 발전하는 시스템으로, 에너지절약, 보수유지하는 수고를 줄이는 데 효과가 커서 많은 선박에서 이용되고 있다.

종래의 주기축 구동발전장치의 구성도의 한 예를 제4도에 나타낸다.

제4도에서, 1은 축발전기, 2는 콘버터, 3은 인버터, 4는 동기조상기(同期調相機), 5는 주엔진, 6은 프로펠러, 7은 부하, 8은 차단기, 9는 모선, 10은 톱니바퀴, 11은 펄스센서, 12는 F/V변환기, 13은 카운터, 14는 주파수 표시기, 15는 디지탈 제어장치, 16은 동기조상기(4)의 단자 전압을 제어하는 제1전압조정기, 17은 축발전기(1)의 단자전압을 제어하는 제2전압조정기, 18은 전류검출기, 151은 제1A/D변환기, 152는 출력주파수 지령설정기, 153은 주파수 제어기, 154는 제2 A/D 변환기, 155는 인버터(3) 콘버터(2)의 점호각(点弧角) 지령치를 연산하는 전류제어기, 156은 콘버터(2)의 위상제어기, 157은 인버터(3)의 위상제어기이다. 디지탈 제어기(15)에서는 제4도에 나타낸 (151)∼(157)의 각 요소를 소프트웨어에서 시계열로 처리하고 있으나, 설명을 간단히 설명하기 위해서, 도면에서는 각 요소가 독립적으로 존재하도록 나타내었다.

다음으로, 종래의 주기축 구동발전장치의 동작을 제4도를 참조하여 설명한다.

주엔진(5)은 프로펠러(6)를 구동하나, 동시에 축발전기(1)도 구동한다. 주엔진(5)의 회전수는 항행상태에 의해서 변화한다. 축발전기의 단자전압의 크기는 제2전압조정기(17)에 의해서 희망하는 값으로 제어할 수 있는데, 주파수는 엔진회전수에 의해서 변화해 버린다. 그래서, 콘버터(2)에 의해서 교류를 일단 직류로 변환하고 인버터(3)에 의해서 다시 교류전력으로 변환한다.

동기조상기(4)는 인버터 및 부하에 무효전력을 공급하여 모선(9)의 전압을 일정하게 유지한다. 인버터(3)의 출력주파수, 즉 모선의 주파수를 일정하게 유지하기 위해서는, 부하에 따른 전력을 공급하여 주면 된다. 축발전기로부터 부하에 공급하는 전력은 축발전기의 축력전류에 비례한다.

펄스센서(11)는 톱니바퀴(10)의 회전에 따른 펄스를 발생하고, F/V변환기(12)에 의해서 주파수에 비례한 전압신호에 변환된다. 이 신호는 A/D변환기(151)에 의해서 디지탈 제어기(15)에 입력된다. 또한 펄스센서(11)의 신호는 카운터(13)에 의해서 디지탈의 주파수치로 변환되고 주파수표시기(14)에서 표시된다.

디지탈 제어장치(15)의 내부에서는, 검출된 출력주파수가 출력주파수 지령설정기(152)의 설정치에 일치하도록 주파수 제어기(153)에서 흐르게 하는 전류의 지령치를 정한다. 전류제어기(155)는, 전류검출기(18)의 신호를 A/D변환기(154)에서 판독입력하고, 그것이 전류의 지령치가 되도록 콘버터·인버터의 점호각을 정한다. 각 위상제어기(156, 157)는 정해진 점호각으로 각 변환기(2, 3)의 사이리스터를 점호한다. 얻어진 정주파정전압의 전력은 차단기(8)를 통해서 모선(9)에 의해서 부하(7)에 공급된다. F/V변환기(12) 및 A/D변환기(151)는 고속으로, 주파수의 검출은 고속으로 행하여진다. 그 때문에 출력주파수의 제어도 고속응답의 제어가 가능하게 된다.

이상과 같이 운전되는 주기축 구동발전장치에 의하면, 주엔진의 파워에 의해서, 정주파수·정전압의 전원이 얻어져, 에너지절약 보수하는 수고를 줄이는 효과가 있다. 그러나, 종래의 시스템에서는 출력주파수의 제어정밀도에 문제가 있었다. 이하, 상세한 설명을 한다.

제4도에 나타낸 주기축 구동발전장치에서는, 출력주파수의 검출에는 아날로그치를 이용하게 되어 있다. 아날로그의 주파수검출은 고속의 검출을 할 수 있다는 이점이 있으나, 검출신호의 온도 드리프트가 있고, 고정밀도의 검출은 할 수 없다. 또한 A/D변환기에도 온도 드리프트가 있다. 검출신호의 오차는 과도특성으로의 영향은 작으나, 정상제어 정밀도에는 커다란 영향을 가진다. 아날로그신호를 통한 검출에서는 정상시의 제어 정밀도가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 카운터(13)에 의한 신호를 이용하여 출력주파수 검출을 디지탈화하면 검출 정밀도는 얻을 수 있으나, 아날로그 검출마다 고속·고분해 능력의 신호로 하기 위해서는, 톱니바퀴의 톱니수를 수십배나 늘릴 필요가 있어, 현실적이지는 않았다.

본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 고속으로, 고정밀도의 주파수 검출이 가능하고, 또한 고속응답·고정밀도의 출력고주파 제어가 가능한 주기축 구동발전장치의 제어장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 의해서, 본 발명의 제1항은, 선박의 주엔진에 의해서 구동되는 축발전기와, 상기 축발전기의 출력을 직류로 변환하는 콘버터와, 상기 콘버터의 직류출력을 교류로 변환하는 인버터와, 상기 인버터 및 부하에 무효전력을 공급하는 동기조상기와, 상기 동기조상기의 주파수가 소정의 값이 되도록 상기 축발전기의 출력 지령치를 연산하는 주파수 제어기와, 상기 출력전류 지령치에 출력전류가 일치하도록 상기 콘버터 및 인버터의 전호각을 제어하는 전류제어기로 이루어지는 주기축 구동발전장치에 있어서, 디지탈치로 주파수를 검출하는 제1주파수 검출수단과, 아날로그치로 주파수를 검출하는 제2주파수 검출수단을 설치하여, 상기 제1주파수 검출수단으로부터의 신호는 저역 통과필터를 통하고, 상기 제2주파수 검출수단으로부터의 신호는 광역 통과필터를 통하며, 양자를 가산하여 주파수 검출수단으로 하고, 이 주파수 검출신호를 상기 주파수 제어기에 부여하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 축발전기의 출력주파수의 검출을 고속 또한 고정밀도에 행할 수 있고, 고속응답·고정밀도의 출력 주파수제어를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 한 실시예의 블록도이다. 본 실시예가 이미 설명한 제4도의 종래예인 주기축 구동발전장치의 주파수 제어장치와 다른 구성은, 신호합성기(158)를 설치한 점이고, 그 다른 구성은 동일하므로, 동일 구성부분에는 동일 부호를 붙여서, 그 설명은 생략한다.

그래서, 먼저 신호합성기(158)를 제2도의 블록도로 설명한다.

제2도에 나타낸 바와 같이, 신호합성기(158)는 로우패스 필터(200), 하이패스 필터(201), 가산기(202)로 구성되어 있다. 제2도에 있어서 Tc는 필터시정수를, S는 미분연산자를 나타낸다. 도면에서는 설명의 간단화를 위해서 독립한 요소로 나타내고 있는데, 신호합성기(158)도 디지탈 제어기(15)중의 다른 요소와 마찬가지로 소프트웨어로 처리된다.

다음으로, 본 실시예의 작용을 제1도와 제2도와 신호합성기(158)중의 각 신호 요소의 주파수-이득 특성도를 나타낸 제3도에 대하여 설명한다.

카운터로부터의 디지탈치에 의한 주파수 검출신호는, 제3(a)도에 나타낸 바와 같이 검출 정밀도는 좋으나 저영역의 주파수 특성밖에 가지지 않는 신호이다. 또한 F/V변환기로부터의 아날로그치를 디지탈치로 변환한 주파수 검출신호는, 제3(b)도와 같이 고영역의 주파수특성까지 양호하나, 상술한 바와 같이 저영역에서 오차가 큰 신호이다. 이에 대하여 제3(a)의 신호에는 제3(c)에 나타낸 특성의 로우패스 필터(200)를, 제3(b)의 신호에 대하여는 제3(d)에 나타낸 특성의 하이패스 필터(201)를 걸고, 그 후 가산기(202)에 의해서 합성하면, 제3(e)에 나타낸 최종의 속도검출신호가 얻어진다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 그 신호(E)에 의해서 주파수제어를 행한다. 신호(E)는, 저영역에서 오차가 작기 때문에, 주파수제어의 정상오차를 발생하지 않는다. 고영역의 게인도 충분하므로, 제어게인을 올려서 고속응답의 제어를 할 수 있다. 고영역에서 다소의 오차를 가지나, 과도적으로 오차분만큼 제어게인이 변화할 뿐이어서 문제는 없다. 따라서, 고속응답으로 고정밀도의 주파수 제어를 실현할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 디지탈치의 주파수신호를 카운터로부터 직접적으로 입력하는 방식에 대하여 나타내었으나, 시리얼 데이터전송 등의 수단에 의해서 입력하는 방법이어도 좋다. 또한, 디지탈치의 주파수 검출수단으로서 카운터를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 펄스의 주기를 계측하고, 그 역수를 취하여 주파수로 하는 방식이어도, 상기 실시예와 같은 효과를 가진다. 그 경우, 역수연산은 검출기가 아니고, 디지탈 제어기 중에서 행하는 방식도 있다. 주파수에 비례한 펄스를 발생하는 것도 톱니바퀴와 펄스센서의 조합이 아니고, 출력전압에 PLL을 걸어서 만든 펄스신호이어도 좋다. 아날로그의 주파수 검출치도 펄스센서와 F/V변환기의 구성뿐만 아니라, 타코제너레이터에 의한 것이어도 좋다.

이상의 설명에서는 디지탈 제어기 중의 각 요소를 소프트웨어에 의한 방식에 대하여 서술하였으나, 독립의 디지탈 하드웨어에 의한 방식으로도 실현할 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고속으로 고정밀도의 고주파검출이 가능하며, 고속응답고정밀도의 출력주파수 제어를 실현할 수 있는 효과를 나타낸다.

Claims (1)

1. 선박의 주엔진에 의해서 구동되는 축발전기와, 상기 축발전기의 출력을 직류로 변환하는 콘버터와, 상기 콘버터의 직류출력을 교류로 교환하는 인버터와, 상기 인버터 및 부하에 무효전력을 공급하는 동기조상기와, 상기 동기조상기의 주파수가 소정의 값이 되도록 상기 축발전기의 출력전류 지령치를 연산하는 주파수 제어기와, 상기 출력전류 지령치에 전력전류가 일치하도록 상기 콘버터 및 인버터의 점호각을 제어하는 전류제어기로 이루어지는 주기축 구동발전장치에 있어서, 디지탈치로 주파수를 검출하는 제1주파수 검출수단과, 아날로그치로 주파수를 검출하는 제2검출수단을 설치하여, 상기 제1주파수 검출수단으로부터의 신호는 저역 통과필터를 통하고, 상기 제2의 주파수 검출수단으로부터의 신호는 광역 통과필터를 통하며, 양자를 가산하여 주파수 검출신호로 하고, 이 주파수 검출신호를 상기 주파수 제어기에 부여하는 것을 특징으로 하는 주기축 구동발전장치의 주파수 제어장치.