KR101206699B1

KR101206699B1 - 저손실 추진 시스템

Info

Publication number: KR101206699B1
Application number: KR1020067025502A
Authority: KR
Inventors: 스베인 마그네 드유베; 에길 히스타드
Original assignee: 바르트실라 노르웨이 에이에스
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2012-11-29
Also published as: NO20042311L; US7514898B2; BRPI0511697B1; CN100492832C; WO2005119892A1; CN101002376A; EP1751839B1; NO20042311D0; EP1751839A1; RU2006145657A; NO321428B1; HRP20110731T1; BRPI0511697A; RU2355100C2; KR20070024562A; US20070247878A1; ATE519266T1

Abstract

본 발명은 모터에 전류를 공급하는 정류 브리지(3)를 포함하는 저손실 전원 시스템에 관한 것으로, 상기 정류 브리지가 상기 모터(M)에 전력을 공급하기 위한 최소 한 개의 출력뿐만 아니라 두 개의 AC 급전 입력(PA,PB)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 스타 및 델타 권선을 포함하고, 상기 입력들 사이에서 선택된 기본 주파수에 관하여 대략 30°위상 편이를 공급하도록 맞추어진 YD 변압기(2)가 상기 입력들 사이에서 결합된 것임을 특징으로 한다.

추진 시스템

Description

저손실 추진 시스템 {LOW LOSS PROPULSION SYSTEM}

본 발명은 모터에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 출력뿐 아니라 두 개의 AC 급전(power feed) 입력을 포함하는 정류 브리지(a rectifying bridge) 및 모터에 정류를 공급하는 인버터를 포함하는 저손실 추진 시스템(a low loss propulsion system)에 관한 것이다.

예를 들면 연안 설비(offshore installations)에서의 디젤 전기 추진 시스템(diesel electric propulsion systems) 또는 파이프 히팅 시스템(pipe heating systems)처럼, 전동기에 전력을 공급함에 있어서, 상기 정류 브리지의 입력에 대하여 두 개의 교류 공급기를 제공하는 변압기를 통하여 삼상 전원(a three phase power supply)에 연결된 정류 브리지 커플링(rectifying bridge coupling)을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 해결책은 변압기 권선(windings)을 통하여 전부하 전류와 결합되어 정류브리지, 나머지 회로망에 존재하는 회로소자에 대한 변형 인자(a strain factor) 및 변압기를 통한 증가된 전력손실을 나타내는 과도 고조파 전압(over harmonic voltages)을 포함하는 노이즈 발생과 관련된 문제를 가지고 있다. 상기 문제점은 특히 5번째 및 7 번째의 과도 고조파와 관련된다.

5번째 및 7번째의 과도 고조파 전류를 상쇄하기 위해 변압기의 출력은 대략 3O°의 위상 편이를 갖는 정류 브리지로 신호를 제공도록 맞춰진다. 이 시스템에 대한 개선을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 소형 필터와 결합된, 저손실 변압기의 특별한 설계를 통하여, 변압기 손실은 크게 감소될 것이고, 총 전원 시스템의 총 고조파 왜곡(distortion)은 감소될 것이다. 미합중국특허 제5,446,643호는 변압기 커플링을 통해 5번째 및 7번째 고조파 전류 필터링의 실시예를 개시한다.

하나의 해결책이 미합중국특허 제4,498,127호에서 주파수 변성기(a frequency transformer)와 결합되어 있는 변압기 커플링(transformer coupling)에 대해 기술되어 있다. 이 특허는 전력이 정류기 브리지(rectifier bridge)를 통해 변환되는 컨버터를 위한 12 펄스 전원 변압기의 변형에 관한 것이다. 그러므로 이 시스템이 대칭적인 전원을 제공받는다면 상기 전원의 첫 번째 고조파 정류기 앞에 있는 변압기를 통하여 공급된다. 본 발명의 목적은 첫 번째 고조파 전력을 직접 전력소스에서 주파 변성기(frequency transformers)로 공급하는 것이다. 또한 전기 배전선로에서 변압기를 사용한 시스템 내에 줄어든 단락 전류를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 목적은 첨부된 청구항에서 기술된 바와 같이 이루어진다.

그러므로 본 발명은 스타 및 델타 권선(그러나 제한된 것은 아님)을 포함하고 상기 입력들 사이에서 선택된 기본 주파수에 관하여 약 30°위상 편이를 제공하기는 상기 변압기가 상기 입력 사이에서 결합된 것임을 특징으로 하는 추진 시스템에 관한 것이다. 이 방법은 5번째 및 7번째 고조파가 상쇄되거나 어쨌든 상당한 정도가 억제된다. 바람직한 실시태양에 따르면 기본주파수에서 변압기를 통해 흐르는 전류가 없도록, 변압기 입력에서의 급전은 대칭이다. 그러므로 변압기는 과도 고조파를 위한 필터로 작용한다.

추가로, 본 발명의 다른 실시태양에 따르면 시스템 변압기는 또한 신호의 11번째 및 13번째 고조파를 억제하도록 첫 번째 스타 권선으로부터 150°각도에 두 번째 스타 권선을 포함한다.

그러므로 본 발명은 회로망에서 단락 수준을 줄임으로써 저전압 장치의 증가된 사용을 가능하도록 하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술될 것이며, 실시예에 의해 본 발명을 개략적으로 설명한다.

도 1은 알려진 기술의 개념도이다.

도 2는 본 발명의 개념도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시태양의 개념도이다.

도 4는 본 발명에 대응하는 등가회로의 개념도이다.

도 1은 예를 들면 모터(M)에 전원을 공급하기 위한 정류 브리지(a rectifying bridge)(3)에 두 개의 입력을 제공하기 위한, 발전기(a generator) 또는 변압기(transformer)(1)와 결합된 급전(a power feed)(P)을 도시한다.

도 2에서 설명하듯이 본 발명은 교류급전(PA,PB)이 정류 브리지의 두 개의 입력에 공급되는 방법(solution)에 관한 것이다. 변압기 장치는 바람직하게는 D₀Y₁₁ 구조인, 스타/델타(YD) 권선 구조를 가지고 30°위상 편이를 제공하는 이들 입력 사이에서 제공된다. 이 커플링은 이미 알려진 기술을 따르며 여기에서는 설명하지 않을 것이다.

IEC 벡터 그룹 D₀Y₁₁에 따른 특정한 변압기 권선 연결은 두 개의 권선 간에 IEC 표준 IEC 76에서 기록되었듯이, 항상 30°위상 편이를 가질 것이다. 상기 30°위상 편이는 일반적으로 50 또는 60 Hz인 기본 주파수에 관한 것이다. 3-상 전압소스에 연결된 6 펄스 정류기는 부하가 걸릴 때 고조파 전류를 시스템에 전할 것이다. 이러한 왜곡에서 상기 고조파 전류는 I_thd=6n±1 (n=1,2,3...)이 될 것이다.

이들 고조파 전류 성분은 고조파 차수가 곱해진 기본 위상 편이로서 계산될 수 있는 추가의 위상 편이를 가질 것이다. 게다가 5번째 및 7번째 고조파 위상 각은 반대 방향으로 "회전"할 것이다.

5번째 및 7번째 고조파 성분이 변압기를 통해 총 180°의 위상 편이를 가지는 것은 잘 알려진 사실이다. 이것은 다음 방정식에서 나타난다:

φ5^th = φ₁ + 5?φ, = 30°+ 5?30°= 180°

φ7^th = φ₁ - 7?φ, = 30°- 7?30°= -180°

이 결론을 이용하여 도 4에 도시된 등가 회로는 본 발명의 시스템 해석용으로 개발될 수 있다. 도 4에서 xd" 및 xd"는 다음 정의가 적용될 것이다:

IR₁ = 제1번 정류기로부터의 5번째 또는 7번째 고조파 전류

IR₂ = 제2번 정류기로부터의 5번째 또는 7번째 고조파 전류

Z_T = 5번째 및 7번째 고조파에 관한 LLC 변압기에서의 단락 임피던스.

Xd"₁ = 5번째 및 7번째 고조파에 전류에 관련된 발전기(1)에서의 차과도 리액턴스(subtransient reactance).

Xd"₂ = 5번째 및 7번째 고조파 전류에 관련된 발전기(2)에서의 차과도 리액턴스.

I_T = LDD 변압기에서의 고조파 전류

Ig₁ 및 Ig₂ = 발전기의 고조파 전류.

등가도의 전류 루프 상의 키르히호프 법칙을 사용하면, 다음 방정식이 적용된다:

1)

2)

3)

상기 방정식을 풀면 다음 결과가 나온다:

4)

도 2 및 도 3의 PA 및 PB가 Xd"₁=Xd"₂ 및 IR₁=IR₂ 대칭인 대칭적인 시스템에서 상기 방정식은 다음과 같이 간단하게 된다:

5)

6)

발전기 터미널에서 측정된 각각의 개별적인 성분으로부터의 전압 왜곡 U_thd은 차과도 리액턴스와 발전기에 전달되는 고조파 전류의 곱이다

7)

따라서, 정류 브리지 입력은 평행이므로 대량의 전력이 변압기를 가로질러 전달되지는 않지만, 30°위상 편이는 걸러질 것이고 따라서 인가된 전력 신호의 5번째 및 7번째 고조파를 억제할 것이다.

그러므로 도 2에 나타낸 본 발명의 실시태양은 발전기를 통해 5번째 & 7번째 고조파 전류의 대략 -75 내지 85%가 감소하는 해결방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 따라 기본 주파수(60 Hz)의 전류가 LCC 변압기를 통해 흐르지 않도록, 급전이 대칭적 전력(symmetric power)이고, 고조파 전류에 의해 야기된 손실만이 남아있기 때문에 그 감소는 명목상 감소의 10 내지 20%로 감소한다.

또한, 5번째 및 7번째 고조파로부터의 전압 왜곡은 3% 이하로 감소한다. 만약 급전 중 하나를 잃어버린다면, 약 50% 부하가 LLC 변압기를 통해 흐를 것이다. 비대칭적 피드는, THD에서 단지 약간의 증가가 관찰될 것이다.

도 3은 세 번째 권선이 11번째 및 13번째 고조파를 억제하기 위한 시스템으로 전해지는 본 발명의 바람직한 실시태양을 설명한다. 그러므로 상기 변압기는 D₀/Y₁₁/Y₅벡터 그룹 및 주권선과 관련하여 세 번째 권선을 위한 150°또는 180°의 위상 편이를 제공한다. 이것을 위한 상기 이론은 실질적으로 위와 같고 여기에서 고안된 것이 아니다.

위에서 기술된 본 발명의 실시태양은 60Hz, 690V 급전을 사용하는 시스템에 기초한다. 실제적인 사용에서 이 요소들의 적용은 당업자에게 자명한 것으로 간주되고, 여기에서는 자세히 기술되지 않을 것이다.

Claims

모터에 전류를 공급하는 정류 브리지를 포함하는 저손실 추진 전원 시스템(power supply system)에 있어서, 상기 정류 브리지는 상기 모터로 전력을 공급하기 위한 최소 하나의 출력뿐만 아니라 두 개의 AC 급전 입력(AC power feed inputs)을 포함하는 것임을 특징으로 하고, 스타 및 델타 권선을 포함하고, 상기 입력 사이에서 선택된 기본 주파수와 관련하여 30°위상 편이를 공급하도록 맞추어진 YD 변압기(YD transformer)가 상기 입력들 사이에서 결합된 것임을 특징으로 하며, 상기 YD 변압기가 또한 첫 번째 스타 권선으로부터 150°각도에 두 번째 스타 권선을 포함하는 것임을 특징으로 하는 저손실 추진 전원 시스템.
제1항에 따른 전원 시스템에 있어서, 상기 AC 급전이 대칭적인 것임을 특징으로 하는 전원 시스템.
제1항에 따른 전원 시스템에 있어서, 상기 YD 변압기가 D₀/Y₁₁ 벡터 그룹을 구성함으로써 상기 권선들이 전체적으로 D₀/Y₁₁/Y₅ 벡터 그룹을 구성하고, 상기 D₀/Y₁₁ 벡터 그룹 및 상기 D₀/Y₁₁/Y₅ 벡터 그룹은 IEC 표준 IEC 76에 따른 것임을 특징으로 하는 전원 시스템.
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