KR101020506B1 - Improving Auxiliary Circuit for Transient Response of Synchronous Generator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동기발전기의 과도응답 개선회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이종자극 여자기를 갖는 동기발전기의 부하를 제거하는 경우에 발생하는 과도응답인 과전압(overshoot)을 줄일 수 있는 개선회로에 관한 것이다. 본 발명에 따른 동기발전기의 과도응답 개선회로는 영구자극과 계자극으로 이루어지는 이종자극 여자기를 갖고 고정자와 회전자의 상대적 회전에 따라 회전자로부터 단상 또는 삼상의 교류 전력을 발생시키는 발전기에 있어서; 주회전자와 여자기 회전자의 회전축 상에 설치되는 계자용 정류기와 주발전기의 계자회로 사이에 저항이 병렬로 연결된 스위칭 소자가 직렬로 연결되어, 상기 동기발전기가 정상동작 시에는 스위칭 소자가 ON되어 스위칭 소자를 통해 계자전류가 흐르고, 부하를 급히 제거하는 경우에는 스위칭 소자가 OFF되어 저항값이 큰 저항을 통해 계좌전류가 흐르는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a transient response improvement circuit of a synchronous generator, and more particularly, to an improvement circuit capable of reducing overshoot, which is a transient response generated when a load of a synchronous generator having a heterogeneous exciter is removed. . The transient response improvement circuit of the synchronous generator according to the present invention includes: a generator having a heterogeneous exciter comprising a permanent stimulus and a field stimulus and generating single-phase or three-phase AC power from the rotor according to the relative rotation of the stator and the rotor; Between the field rectifier installed on the rotation shaft of the main rotor and the exciter rotor and the field circuit of the main generator, a switching element connected in parallel is connected in series. When the synchronous generator is in normal operation, the switching element is turned on. The field current flows through the switching element, and when the load is removed quickly, the switching element is turned off, and the account current flows through the resistance having a large resistance value.

이종자극, 동기발전기, 과전압, 스위칭 소자, 저항 Heterogeneous stimulation, synchronous generator, overvoltage, switching element, resistance

Description

동기발전기의 과도응답 개선회로 {Improving Auxiliary Circuit for Transient Response of Synchronous Generator}Improved Auxiliary Circuit for Transient Response of Synchronous Generator

본 발명은 동기발전기의 과도응답 개선회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이종자극 여자기를 갖는 동기발전기의 부하를 제거하는 경우에 발생하는 과도응답인 과전압(overshoot)을 줄일 수 있는 개선회로에 관한 것이다.The present invention relates to a transient response improvement circuit of a synchronous generator, and more particularly, to an improvement circuit capable of reducing overshoot, which is a transient response generated when a load of a synchronous generator having a heterogeneous exciter is removed. .

대표적인 교류 발전기의 하나인 동기발전기는 고정자와 회전자(전기자)의 상대적 회전에 따라 전기자로부터 단상 또는 삼상의 교류 전력을 발생시키는 발전기이다.A synchronous generator, which is one of representative alternators, is a generator that generates single-phase or three-phase alternating current power from an armature according to the relative rotation of a stator and a rotor (an armature).

비상용 발전기로 사용되는 동기발전기는 회전-전기자형의 여자기를 구비하여 교류전압을 발전하며 이 교류전압은 회전축에 설치된 정류기에 의해 정류되어 주발전기에 자계를 발생시키는 계자에 사용된다.The synchronous generator used as an emergency generator has a rotating-electromagnetic type exciter to generate AC voltage. The AC voltage is rectified by the rectifier installed on the rotating shaft and used in the field generating the magnetic field in the main generator.

고정자에 설치된 여자기의 계자는 AVR(Automatic Voltage Regulator)라 불리는 제어장치에 의해 여자되고, 발전기에서 부하가 급히 제거되는 경우 상기 AVR은 여자기 계자전류를 제거하여 주발전기 출력 전압을 유지하려고 한다.The field of the exciter installed in the stator is excited by a control device called AVR (Automatic Voltage Regulator), and when the load is removed from the generator quickly, the AVR tries to maintain the main generator output voltage by removing the exciter field current.

하지만, 여자기의 정류기 출력을 마이너스(-)로는 만들 수 없고 가장 낮게 만드는 것이 0이 되어, 주발전기의 계자전류는 서서히 감소하여 주발전기의 단자전압은 과전압(overshoot)을 나타내게 된다.However, the rectifier output of the exciter cannot be made negative and the lowest is 0. The field current of the main generator gradually decreases, and the terminal voltage of the main generator shows an overshoot.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 종래의 발전기 시스템에서 부하가 급히 제거되는 경우 AVR(1)은 여자기 계자전류를 제거하여 주발전기 출력 전압을 유지하려고 하지만 주회전자(4)와 여자기 회전자(5)의 회전축 상에 설치된 여자기의 정류기(6) 출력을 (-)로는 만들 수 없고 가장 낮게 만드는 것이 0이다.In more detail, as shown in FIG. 1, when the load is suddenly removed in the conventional generator system, the AVR 1 tries to maintain the main generator output voltage by removing the exciter field current, but with the main rotor 4. The output of the rectifier 6 of the exciter installed on the axis of rotation of the exciter rotor 5 cannot be made negative, and the lowest is 0.

그런데 도 2에 도시된 바와 같이 주발전기 계자회로의 시정수(τ=Lf/Rf)는 매우 커서 주발전기의 계자전류가 서서히 감소하여 주발전기의 단자전압이 과전압을 나타내게 된다.However, as shown in FIG. 2, the time constant (τ = L f / R f ) of the main generator field circuit is so large that the field current of the main generator gradually decreases, resulting in an overvoltage of the terminal voltage of the main generator.

한편, 한국 공개특허 1998-0035034호에는 동기 발전기용 승강압 쵸파식 정지 형 여자 시스템에 대해 개시되어 있는 바, 이 공개특허는 회전축에 슬립링을 설치하여 정지식 여자시스템의 출력을 가하는 기술에 관한 것으로, 본원발명의 여자기가 별도로 구비된 브러쉬리스(Brushless) 자여자 방식과는 상이하며, 상기한 공개특허를 도 1의 여자기 고정자(3)에 적용하는 경우에도 과전압이 나타내는 문제점은 그대로 갖고 있다.Meanwhile, Korean Patent Laid-Open Publication No. 1998-0035034 discloses a step-up chopper stop type excitation system for a synchronous generator, which discloses a technique for applying an output of a stationary excitation system by installing a slip ring on a rotating shaft. The present invention is different from the brushless self-excited method provided with the exciter of the present invention, and even when the above-described patent is applied to the exciter stator 3 of FIG. .

즉 상기 공개특허는 부하가 인가되어 단자 전압이 감소하여 생기는 문제점을 해결할 수 있지만, 부하가 급히 제거되는 경우 회전축 상에 설치된 다이오드 정류기(6)의 출력은 0이 되는 문제점이 여전히 존재하고 있었다.That is, the above patent can solve the problem caused by the reduction of the terminal voltage due to the load is applied, but the problem that the output of the diode rectifier 6 installed on the rotating shaft is still 0 when the load is removed quickly.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이종자극 여자기형 동기발전기에서 여자기의 발전전압(계자용 3상 전압)이 0이 되는 경우에 전압을 발생시키는 별도의 제어용 전압이 구비되어 있는 것을 이용하여 반도체 스위칭 소자의 제어에 의해 주발전기의 계자전류를 빨리 제거하여 과전압을 줄일 수 있는 동기발전기의 과도응답 개선회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and is provided with a separate control voltage for generating a voltage when the power generation voltage (three-phase voltage for the field) of the exciter in the heterogeneous excitation synchronous generator is zero It is an object of the present invention to provide a transient response improvement circuit of a synchronous generator which can reduce the overvoltage by quickly removing the field current of the main generator by controlling the semiconductor switching element.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동기발전기의 과도응답 개선회로는 큰 부하를 갑자기 제거할 때에 발생하는 계자회로 내의 시정수를 줄이기 위하여 다이오드의 정류회로와 주발전기 계자회로의 연결 부위에 큰 저항이 병렬로 연결된 스위칭 소자를 직렬로 연결하여 정상동작 시에는 스위칭 소자를 통해 전류가 통하도록 하고 부하를 급히 제거할 때에는 스위칭 소자를 꺼서 큰 저항을 통해 전류가 흐르도록 한다. The transient response improvement circuit of the synchronous generator according to the present invention for achieving the above object is large in the connection part of the diode rectifier circuit and the main generator field circuit in order to reduce the time constant in the field circuit generated when the large load is suddenly removed. By connecting the switching elements connected in parallel in series, the current flows through the switching elements during normal operation, and when the load is removed quickly, the current flows through the large resistor by turning off the switching elements.

상술한 과제 해결 수단에 의하면 주발전기 계자회로에 큰 저항을 연결하여 부하가 순식간에 제거되었을 때 시정수를 줄여 계자전류를 빨리 제거함으로써 발전기 단자전압의 과전압을 줄일 수 있다.According to the above-mentioned problem solving means, by connecting a large resistor to the main generator field circuit, when the load is removed immediately, the time constant is reduced to quickly remove the field current, thereby reducing the overvoltage of the generator terminal voltage.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 주발전기 계자부의 상세도이다.3 is a detailed view of the main generator field unit according to the present invention.

도시된 바와 같이 주회전자와 여자기 회전자의 회전축 상에 설치되는 계자용 정류기(13)와 주발전기의 계자회로 사이에 저항(R)이 병렬로 연결된 스위칭 소자(SW)가 직렬로 연결된다.As shown, a switching element SW in which a resistor R is connected in parallel is connected in series between the field rectifier 13 installed on the rotating shaft of the main rotor and the exciter rotor and the field circuit of the main generator.

이때 상기 저항(R)은 스위칭 소자(SW)가 ON되는 경우에 저항(R)을 통해 전류가 흐르지 않고, 스위칭 소자(SW)가 OFF되는 경우에 시정수를 줄일 수 있도록 저항값이 큰 것으로 하는 것이 바람직하다.At this time, the resistance R is such that no current flows through the resistor R when the switching element SW is ON, and the resistance value is large so that the time constant can be reduced when the switching element SW is OFF. It is preferable.

상기 스위칭 소자(SW)는 반도체 소자로 이루어지고 이에 의해 발전기가 정상동작 시에는 스위칭 소자(SW)가 ON되어 스위칭 소자(SW)를 통해 계자전류가 흐르고, 부하를 급히 제거하는 경우에는 스위칭 소자(SW)가 OFF되어 저항값이 큰 저항(R)을 통해 계좌전류가 흐르도록 함으로써 시정수를 줄여(τ=Lf/R+Rf) 과전압을 줄일 수 있게 된다.The switching device SW is composed of a semiconductor device. When the generator is in normal operation, the switching device SW is turned on so that a field current flows through the switching device SW. SW) is turned off so that the account current flows through the resistor R having a large resistance value, thereby reducing the time constant (τ = L f / R + R f ), thereby reducing the overvoltage.

도 4는 도 3에 나타낸 주발전기 계자부를 적용한 동기발전기의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a synchronous generator to which the main generator field part shown in FIG. 3 is applied.

도시된 바와 같이 하부의 제어용 정류기(14)에 의한 직류전원이 유지되는 것은 제어용 3상전압(v1)이 0이 되어도 제어용 전압(v2)은 0이 되지 않는 이종자극(Hetero Poles) 여자기가 갖는 특징으로 영구자극이나 계자극만 있는 일반적인 발전기는 이러한 특징이 있지 않다.Even if it is a DC power maintained by the lower control rectifier (14) for controlling the three-phase voltage (v 1) 0 As illustrated control voltage (v 2) are two kinds of stimuli that are not 0 (Hetero Poles) Female groups As a characteristic, a general generator having only permanent stimulation or field stimulation does not have this characteristic.

본 발명은 이와 같이 발전전압이 0이 되는 경우에 전압을 발생시키는 별도의 제어용 전압이 구비되는 이종자극 여자기형 동기발전기의 특징을 이용한다.The present invention utilizes the feature of the heterogeneous excitation excitation synchronous generator which is provided with a separate control voltage for generating a voltage when the generated voltage becomes zero.

도 4에 도시된 바와 같이 계자용 3상권선(11), 제어용 권선(12), 계자용 정류기(13), 제어용 정류기(14), 기울기 검출부(15), 절대값 검출부(16), 조합 및 구동부(17), 스위칭 소자(SW) 및 저항(R)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the three-phase winding 11 for the field, the control winding 12, the field rectifier 13, the control rectifier 14, the slope detector 15, the absolute value detector 16, a combination, and It is comprised including the drive part 17, the switching element SW, and the resistor R. As shown in FIG.

상기 계자용 3상권선(11)은 계자전력을 공급하기 위한 여자기 회전자 권선으로 흔히 3상 결선을 하고 이종자극 여자기형에서 여러 자극에 의해 발생하는 전압이 합해지도록 직렬 접속된다.The field three-phase winding 11 is an exciter rotor winding for supplying field power, which is commonly connected in three phases, and is connected in series so that voltages generated by various magnetic poles in a heterostimulated excitation type are summed.

상기 제어용 권선(12)은 자극 하나에 해당하는 권선으로 계자용 3상권선(11) 전압이 0이더라도 영구자석에 의해 발전하는 전압이 존재하여 제어회로에 항상 전력을 공급한다.The control winding 12 is a winding corresponding to one magnetic pole, and even if the voltage of the three-phase winding 11 for the field is zero, a voltage generated by the permanent magnet exists to supply power to the control circuit at all times.

계자용 정류기(13)는 계자부에 직류가 공급되도록 계자용 3상권선(11)에서 발생한 교류전압을 정류하여 직류로 변환한다.The field rectifier 13 rectifies and converts the AC voltage generated in the field three-phase winding 11 to DC to supply DC to the field.

제어용 정류기(14)는 직류를 사용하는 제어회로에 직류를 공급하기 위하여 제어용 권선(12)에 발생한 교류전압을 정류하여 직류로 변환한다.The control rectifier 14 rectifies and converts the AC voltage generated in the control winding 12 into DC in order to supply DC to a control circuit using DC.

기울기 검출부(15)는 제어용 정류기(14)의 후단에 연결되어 계자용 정류기(13)의 전압의 기울기를 검출하고, 이 검출된 전압의 기울기를 소정의 기울기 문턱값과 비교하여 검출된 전압의 기울기가 문턱값 기울기보다 급히 감소하는 경우 신호를 조합 및 구동부(17)에 출력한다.The slope detector 15 is connected to the rear end of the control rectifier 14 to detect the slope of the voltage of the field rectifier 13, and compare the slope of the detected voltage with a predetermined slope threshold to determine the slope of the detected voltage. When the abrupt decrease than the threshold slope is output to the combination and the drive unit 17.

절대값 검출부(16)는 제어용 정류기(14)의 후단에 연결되어 계자용 정류기(13)의 전압의 절대값을 검출하고 이 검출된 전압의 절대값을 소정의 문턱값과 비교하여 검출된 전압의 절대값이 소정의 절대값보다 작아지는 경우 신호를 조합 및 구동부(17)에 출력한다.The absolute value detector 16 is connected to the rear end of the control rectifier 14 to detect the absolute value of the voltage of the field rectifier 13 and compare the absolute value of the detected voltage with a predetermined threshold value of the detected voltage. When the absolute value becomes smaller than the predetermined absolute value, the signal is output to the combination and drive unit 17.

상기 조합 및 구동부(17)는 기울기 검출부(15)와 절대값 검출부(16)에서 신호가 출력되는 것을 감지하여 두 검출부(15,16)에서 동시에 신호의 출력이 감지되는지 여부에 따라 스위칭 소자의 ON/OFF를 제어한다. 즉, 두 검출부(15,16)에서 동시에 신호의 출력이 감지되는 경우에만 부하가 제거된 것으로 판단해서 스위칭 소자(SW)를 OFF 하고, 이에 의해 계자전류는 저항값이 큰 저항(R)을 통해 흐름으로써 시정수가 감소하고 따라서 과전압이 감소한다. 만약에 두 검출부(15,16)의 출력 신호가 동시에 검출되지 않으면 부하가 제거된 것이 아니라고 판단해서 스위칭 소자(SW)의 ON 상태를 유지하여 계자전류는 저항값이 큰 저항(R)을 통하지 않고 스위칭 소자(SW)를 통해서 흐르게 된다.The combination and driver 17 detects that the signal is output from the tilt detector 15 and the absolute value detector 16 and turns on the switching element depending on whether the signals are simultaneously detected by the two detectors 15 and 16. Control / OFF. That is, it is determined that the load is removed only when the two detectors 15 and 16 detect the output of the signal at the same time, so that the switching element SW is turned off. The flow reduces the time constant and thus the overvoltage. If the output signals of the two detectors 15 and 16 are not detected at the same time, it is determined that the load is not removed and the ON state of the switching element SW is maintained so that the field current does not pass through the resistor R having a large resistance value. It flows through the switching element SW.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기발전기의 과도응답 개선회로를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the transient response improvement circuit of the synchronous generator according to the preferred embodiment of the present invention has been shown in accordance with the above description and the drawings, but this is merely an example and is not limited to the technical spirit of the present invention. Various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art.

도 1은 종래 동기발전기 시스템의 개략도,1 is a schematic diagram of a conventional synchronous generator system,

도 2는 도 1의 동기발전기 시스템에서 주발전기 계자부의 상세도,2 is a detailed view of the main generator field portion in the synchronous generator system of FIG.

도 3은 본 발명에 따른 주발전기 계자부의 상세도,3 is a detailed view of the main generator field unit according to the present invention;

도 4는 도 3에 나타낸 주발전기 계자부를 적용한 동기발전기의 회로도.4 is a circuit diagram of a synchronous generator to which the main generator field part shown in FIG. 3 is applied.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11: 계자용 3상권선 12: 제어용 권선11: Field three-phase winding 12: Control winding

13: 계자용 정류기 14: 제어용 정류기13: Field rectifier 14: Control rectifier

15: 기울기 검출부 16: 절대값 검출부15: slope detection unit 16: absolute value detection unit

17: 조립 및 구동부 R: 저항17: Assembly and drive part R: resistance

SW: 스위칭 소자SW: switching element

Claims (2)

주발전기 계자부의 발전전압이 0일 때 별도의 제어용 전압을 공급받는 이종자극 여자기를 갖고 고정자와 회전자의 상대적 회전에 따라 회전자로부터 단상 또는 삼상의 교류 전력을 발생시키는 동기발전기에 있어서;A synchronous generator having a heterogeneous exciter receiving a separate control voltage when the generating voltage of the main generator field portion is 0, and generating single-phase or three-phase AC power from the rotor according to the relative rotation of the stator and the rotor; 주회전자와 여자기 회전자의 회전축 상에 설치되는 계자용 정류기와 주발전기의 계자회로 사이에 저항이 병렬로 연결된 스위칭 소자가 직렬로 연결되어, 상기 동기발전기가 정상동작 시에는 스위칭 소자가 ON되어 스위칭 소자를 통해 계자전류가 흐르고, 부하를 제거하는 경우에는 스위칭 소자가 OFF되어 상기 저항을 통해 계자전류가 흐르는 것을 특징으로 하되,Between the field rectifier installed on the rotation shaft of the main rotor and the exciter rotor and the field circuit of the main generator, a switching element connected in parallel is connected in series. When the synchronous generator is in normal operation, the switching element is turned on. When the field current flows through the switching element, and the load is removed, the switching element is turned off, characterized in that the field current flows through the resistance, 상기 계자용 정류기와 별도로 구비되어 제어용 권선에서 발생한 교류전압을 정류하는 제어용 정류기와,A control rectifier provided separately from the field rectifier and rectifying the AC voltage generated from the control winding; 상기 제어용 정류기의 후단에 연결되어 계자용 정류기의 전압의 기울기를 검출하고, 이 검출된 전압의 기울기를 소정의 기울기 문턱값과 비교하여 검출된 전압의 기울기가 문턱값 기울기보다 감소하는 경우 신호를 발생하는 기울기 검출부와,It is connected to the rear end of the control rectifier to detect the slope of the voltage of the field rectifier and compare the slope of the detected voltage with a predetermined slope threshold to generate a signal when the slope of the detected voltage is less than the threshold slope With a tilt detection unit, 상기 제어용 정류기의 후단에 연결되어 계자용 정류기의 전압의 절대값을 검출하고 이 검출된 전압의 절대값을 소정의 문턱값과 비교하여 검출된 전압의 절대값이 소정의 절대값보다 작아지는 경우 신호를 발생하는 절대값 검출부와,Connected to the rear end of the control rectifier to detect the absolute value of the voltage of the field rectifier and compare the absolute value of the detected voltage with a predetermined threshold value when the absolute value of the detected voltage becomes smaller than the predetermined absolute value. An absolute value detecting unit generating 상기 기울기 검출부와 절대값 검출부에서 동시에 신호가 발생하는지 감지하여 동시에 신호가 발생하는 경우 스위칭 소자를 OFF하고, 동시에 신호가 발생하지 않는 경우 스위칭 소자를 ON하는 조합 및 구동부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 동기발전기의 과도응답 개선회로.The tilt detection unit and the absolute value detection unit detects whether a signal is generated at the same time, when the signal is generated at the same time, the switching device is turned off, and if the signal is not generated at the same time, the combination and the driving unit for turning on the switching device further characterized in that it is further provided Transient response improvement circuit of synchronous generator. 삭제delete
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