KR101278728B1 - Circuit controlling rotor current of of synchro generator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A rotor current control circuit for a synchronous generator is provided to reduce a wattless current by directly controlling the excitation current in the rotor of a main generator. CONSTITUTION: A rotor current control circuit for a synchronous generator is composed of the following steps. A main generator has a stator and a rotor. An exciter(20) is composed of a stator and a rotor. A subcontroller(30) provides an excited current to the rotor. A main controller(40) performs control communicating with the subcontroller. A switching device switches a power generated from a rectifying section.

Description

동기발전기의 회전자 전류 제어회로{Circuit controlling rotor current of of synchro generator }Circuit controlling rotor current of of synchro generator}

본 발명은 동기발전기의 회전자 전류 제어회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자에 공급되는 여자전류를 제어하는 부제어기와, 고정자의 출력 전압을 검출하고 부제어기와 통신하는 주제어기를 도입하여, 회전자의 전류를 안정적이고 빠르게 제어하여 고정자에서 보다 안정적인 전압이 생성되도록 하는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로에 관한 것이다.
The present invention relates to a rotor current control circuit of a synchronous generator, and more particularly, a sub-controller for controlling an excitation current supplied to a rotor and a main controller for detecting an output voltage of the stator and communicating with the sub-controller. The present invention relates to a rotor current control circuit of a synchronous generator for stably and quickly controlling the current of a rotor to generate a more stable voltage at the stator.

동기발전기는 교류발전기 중에서 회전자와 고정자의 상대속도가 회전자기장과 동기되어 회전하는 발전기로서, 구조가 단순하고 견고하여 교류발전기로 널리 사용되고 있다.

동기발전기에 관한 종래기술로는 등록특허 제10-0980063호, 등록특허 제10-0777809호, 공개특허 제10-2011-0024148호 등이 개시되었다.
Synchronous generator is a generator in which the relative speed of the rotor and the stator rotates in synchronization with the rotating magnetic field among the alternator, and is widely used as an alternator because of its simple structure and robustness.

As a related art for a synchronous generator, Patent Nos. 10-0980063, 10-10777809, and 10-2011-0024148 have been disclosed.

종래의 일반적인 동기발전기는 도1에서 보는 바와 같이, 회전자(1b)와 고정자(1a)로 구성되는 주발전기(1)와, 로터(2b)와 스테이터(2a)로 구성되는 여자기(2)와, 여자기(2)의 로터(2b)에서 생성 출력되는 전원을 정류하여 주발전기(1)의 회전자(1b)에 여자전류를 공급하는 정류부(3)와, 여자기(2)의 스테이터(2a)에 공급되는 전류를 조절하여 종국적으로 주발전기(1)의 고정자(1a)에서 생성 출력되는 전압을 제어하는 자동전압조정기(AVR)로 구성된다. As shown in FIG. 1, a conventional general synchronous generator includes a main generator 1 composed of a rotor 1b and a stator 1a, and an exciter 2 composed of a rotor 2b and a stator 2a. And a rectifier (3) for rectifying the power generated by the rotor (2b) of the exciter (2) to supply an excitation current to the rotor (1b) of the main generator (1), and the stator of the exciter (2). It consists of an automatic voltage regulator (AVR) which controls the current generated by the stator 1a of the main generator 1 by regulating the current supplied to 2a.

참고로, 상기 주발전기(1)의 회전자(1b)와 여자기(2)의 로터(2b)는 같은 회전몸체(5)에 장착되어 함께 회전한다.
For reference, the rotor 1b of the main generator 1 and the rotor 2b of the exciter 2 are mounted on the same rotating body 5 and rotate together.

도1에 도시되어 있는 종래기술에 따른 동기발전기는 자동전압조정기가 주발전기(1) 고정자(1a)의 생성 출력전압을 센싱하고, 센싱되는 전압에 따라 여자기(2)의 계자권선(즉, 스테이터)(2a)에 공급되는 전류를 조절함으로써, 주발전기(1)의 고정자(1a)에서 생성 출력되는 전압을 조정한다. In the synchronous generator according to the related art shown in FIG. 1, the automatic voltage regulator senses the generated output voltage of the stator 1a of the main generator 1, and the field winding of the exciter 2 according to the sensed voltage (i.e., By adjusting the current supplied to the stator 2a, the voltage generated by the stator 1a of the main generator 1 is adjusted.

다시 말해, 주발전기(1)의 고정자(1a)에서 생성되는 전압은 주발전기(1)의 계자권선(즉, 회전자)(1b)에 공급되는 여자전류에 의해 제어되는데, 종래기술에서는 주발전기(1)의 회전자(1b)의 여자전류를 직접 제어하는 것이 아니라, 여자전류를 생성하는 여자기(2)의 스테이터(2b)에 공급되는 전류를 조절하여 주발전기(1) 회전자(1b)에 공급되는 여자전류를 간접적으로 제어한다.In other words, the voltage generated by the stator 1a of the main generator 1 is controlled by the excitation current supplied to the field winding (i.e., rotor) 1b of the main generator 1, which is known in the prior art. Rather than directly controlling the excitation current of the rotor 1b of (1), the current supplied to the stator 2b of the exciter 2 which generates the excitation current is adjusted to control the rotor 1b of the main generator 1. Indirectly controls the excitation current supplied to

종래기술은 이처럼 주발전기(1)의 계자권선(회전자)(1b)에 공급되는 여자전류를 직접 제어하지 않고, 여자기(2)의 계자권선(스테이터)(2a)에 공급되는 전류를 제어하여 주발전기(1) 계자권선(회전자)(1b)의 여자전류를 간접적으로 제어하기 때문에, 주발전기(1) 전기자권선(즉, 고정자)(1a)의 출력전압 조절 속도가 늦고, 출력전압의 안정성이 떨어진다.
The prior art thus controls the current supplied to the field winding (stator) 2a of the exciter 2 without directly controlling the excitation current supplied to the field winding (rotor) 1b of the main generator 1. Since the excitation current of the main generator 1 field winding (rotor) 1b is indirectly controlled, the output voltage regulation speed of the main generator 1 armature winding (that is, the stator) 1a is slow, and the output voltage The stability of the falls.

그리고 도1에 도시되어 있는 종래기술에 따른 동기발전기는 자동전압조정기(AVR)를 이용하여 여자기(2)의 스테이터(2a)에 공급되는 여자전류를 제어하고 있는데, AVR은 출력전압이 불안정하고 쉽게 소손되는 문제가 있다. In addition, the synchronous generator according to the related art shown in FIG. 1 controls an excitation current supplied to the stator 2a of the exciter 2 using an automatic voltage regulator (AVR), where the output voltage is unstable. There is a problem that is easily burned out.

AVR은 입력전원의 파형이 불규칙한 때에 출력전원의 파형도 불규칙하다. 따라서 주발전기의 고정자에서 생성 출력되는 전원을 입력전원으로 사용하는 AVR은 발전기의 부하 변동에 따라 여자기에 공급하는 출력 전압이 불규칙하게 흔들리는 헌팅 현상이 심각하여 발전기의 수명을 단축시키고 AVR 자신도 쉽게 소손되는 문제가 있다. 또한, AVR은 부하가 불안정할 때 여자기의 스테이터에 전류를 무리하게 공급하는 경향이 있어 여자기를 손상시키는 문제를 유발하기도 한다.
When the waveform of the input power source is irregular, the waveform of the output power source is also irregular. Therefore, the AVR, which uses the power generated from the stator of the main generator as the input power, has a severe hunting phenomenon in which the output voltage supplied to the exciter fluctuates in response to the load change of the generator. There is a problem. In addition, the AVR tends to excessively supply current to the stator of the exciter when the load is unstable, thereby causing a problem of damaging the exciter.

그리고 동기발전기의 운전이 지속되면 상기 여자기(2)의 스테이터(2a)를 구성하는 코어와 코일은 발열하여 온도가 상승되는데, 온도가 상승되면 AVR이 스테이터(2a)에 공급하는 여자전류가 불안정해질 수 있고, 심한 경우 스테이터(2a)에 공급되는 여자전류가 드롭(중단)되는 사고가 발생된다. When the operation of the synchronous generator is continued, the core and the coil constituting the stator 2a of the exciter 2 generate heat to increase the temperature. When the temperature rises, the excitation current supplied by the AVR to the stator 2a is unstable. The accident may occur, and in severe cases, the excitation current supplied to the stator 2a is dropped (stopped).

갑작스럽게 여자기(2)의 스테이터(2a)에 공급되는 여자전류가 드롭되면 여자기 스테이터의 자속이 불규칙하게 되고 그에 따라 주발전기의 출력 전압이 감소되는 문제가 발생된다. If the excitation current supplied to the stator 2a of the exciter 2 is suddenly dropped, the magnetic flux of the exciter stator becomes irregular, thereby causing a problem that the output voltage of the main generator is reduced.

도체(즉, 스테이터)에 전류를 흘리면 열이 발생되게 되는데 발생된 열로 인하여 자속이 감소하며 저항이 증가하고, 이로 인하여 스테이터는 균일한 자속을 얻을 수 없으며, AVR은 부족해진 자속을 증가시키기 위해 과도한 전류를 공급하게 되어 AVR 자신과 스테이터의 코일이 소손되는 문제가 발생된다When current flows through the conductor (ie, stator), heat is generated. The generated heat reduces the magnetic flux and increases the resistance, which causes the stator to not obtain a uniform magnetic flux. Supplying current causes the AVR itself and the stator coil to burn out.

따라서, 스테이터(2a)의 온도 상승하여도 스테이터(2a)에 여자전류가 안정적으로 공급되어 스테이터의 자속이 일정하게 안정적으로 유지되도록 하는 수단이 필요한데, 종래기술에서는 이러한 수단이 구비되지 않고 있다.
Therefore, a means for stably supplying an excitation current to the stator 2a even when the temperature of the stator 2a rises is required, so that the magnetic flux of the stator is kept constant and stable.

본 발명은 위와 같이 종래기술에 따른 동기발전기에서 주발전기 출력전압의 제어를 여자기에 공급되는 전류의 제어를 통해 간접적으로 함에 따른 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 주발전기 회전자에 공급되는 여자전류를 직접 제어하는 부제어기와, 주발전기 고정자의 출력전압을 검출하고 부제어기와 통신하는 주제어기를 도입하여, 주발전기 고정자에서 출력되는 전압을 보다 신속하게 안정하게 제어할 수 있는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로를 제공함을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the problem of indirectly through the control of the current supplied to the exciter in the control of the main generator output voltage in the synchronous generator according to the prior art, the excitation supplied to the main generator rotor The rotor of the synchronous generator that can control the voltage output from the main generator stator more quickly and stably by introducing a sub-controller that directly controls current and a main controller that detects the output voltage of the main generator stator and communicates with the sub-controller. It is an object to provide a current control circuit.

또한, 여자기에 여자전류를 공급하는 전원장치로 DC 파워서플라이를 사용하여 여자기의 스테이터에 안정적인 전원을 공급하여 주발전기의 회전자에 안정적인 여자전류가 공급되도록 하고 종국적으로 발전기의 생성 출력 전원의 안정성이 높고, 발전기와 파워서플라이의 수명이 단축되거나 소손되는 것을 예방하고, 또한, 스테이터의 발열을 감지하여 파워서플라이에 전송하는 온도센서를 구비하여 여자기 스테이터의 발열에도 불구하고 파워서플라이가 스테이터에 안정적이고 일정한 크기의 자속이 유기되도록 하는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, as a power supply device to supply excitation current to the exciter, a stable power supply is supplied to the rotor of the main generator by supplying stable power to the stator of the exciter by using a DC power supply. The high power supply prevents the lifespan of generator and power supply from being shortened or burned out, and it is equipped with a temperature sensor that senses heat generated by the stator and transmits it to the power supply. It is another object of the present invention to provide a rotor current control circuit of a synchronous generator for causing a constant magnitude of magnetic flux to be induced.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동기발전기의 회전자 전류 제어회로는Rotor current control circuit of the synchronous generator according to the present invention for achieving the above object

고정자와 회전자를 갖는 주발전기;A main generator having a stator and a rotor;

스테이터와 로터를 갖는 여자기;An exciter having a stator and a rotor;

상기 여자기에서 생성 출력되는 전원을 직류화하여 상기 주발전기의 회전자에 여자전류를 공급하는 부제어기;A sub-controller supplying an excitation current to the rotor of the main generator by directing the power generated by the exciter;

상기 주발전기의 고정자에서 생성 출력되는 전압을 검출하고, 상기 부제어기와 통신하여 제어하는 주제어기;를 포함하여 이루어진다.
And a main controller which detects and generates a voltage generated by the stator of the main generator and communicates with and controls the sub-controller.

그리고 상기 부제어기는 And the sub-controller

상기 여자기의 로터에서 생성 출력되는 전원을 정류하는 정류부와, Rectifier for rectifying the power generated by the output of the excitation rotor,

상기 정류부에서 출력되는 전원을 스위칭하는 스위칭소자와, A switching device for switching the power output from the rectifier;

상기 스위칭소자의 스위칭을 제어하는 PWM모듈과, PWM module for controlling the switching of the switching device,

상기 주발전기의 회전자에 공급되는 여자전류를 감지하여 상기 PWM모듈로 전송하는 전류센서와, A current sensor which senses an excitation current supplied to the rotor of the main generator and transmits it to the PWM module;

상기 주제어기와 적외선통신으로 신호를 상기 PWM모듈로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하고,
And characterized in that it comprises a communication unit for transmitting a signal to the PWM module in the infrared communication with the main controller,

상기 부제어기는 상기 여자기의 로터에 자속결합되어, 로터의 생성 출력 전원을 감지하고, 부제어기의 구동에 필요한 전원을 공급하는 보조코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
The sub-controller is magnetically coupled to the rotor of the exciter, characterized in that it further comprises an auxiliary coil for sensing the generated output power of the rotor, supplying the power required for driving the sub-controller,

상기 주제어기는 The main controller

상기 주발전기의 고정자에서 생성 출력되는 전압을 검출하는 전압검출부와, A voltage detector detecting a voltage generated by the stator of the main generator;

상기 주발전기의 고장자에서 생성 출력되는 전원의 주파수를 검출하는 주파수검출부와, A frequency detector for detecting a frequency of the power generated by the fault generator of the main generator;

상기 주발전기의 고장자에서 생성 출력되는 전원에서 무효전류를 검출하는 무효전류검출부와, A reactive current detector for detecting a reactive current from a power source generated and output from a fault of the main generator;

상기 전압검출부, 주파수검출부 및 무효전류검출부로부터 전송되는 데이터로부터 연산한 전류 지령치를 상기 부제어기로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a controller for transmitting a current command value calculated from data transmitted from the voltage detector, the frequency detector, and the reactive current detector to the sub-controller.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 동기발전기의 회전자 전류 제어회로는 저속 또는 고속으로 회전하는 주발전기 회전자의 여자전류를 직접 제어함으로써, 주발전기 고정자의 생성 출력전압을 보다 신속하게 안정적으로 제어한다. The rotor current control circuit of the synchronous generator according to the present invention having such a configuration controls the generated output voltage of the main generator stator more quickly and stably by directly controlling the excitation current of the main generator rotor rotating at low or high speed. do.

또한, 두 대 이상의 병렬 운전시 무효 전류를 검출하여, 주제어기들을 일정하게 동시 제어함으로써 병렬 운전시 발생되는 무효전류를 줄여 안정적인 운전이 가능하다.
In addition, by detecting the reactive current during two or more parallel operation, by controlling the main controller constantly at the same time, it is possible to reduce the reactive current generated during the parallel operation stable operation.

아울러, 여자기의 스테이터에 공급되는 여자전류를 제어하기 위해 별도의 DC 파워서플라이를 사용하고, 주제어기는 발전기의 생성 추력 전압의 세기와 파형을 분석하여 파워서플라이로 최적화된 전원을 공급하고, 파워서플라이는 온도센서를 통해 여자기 스테이터의 온도가 상승되더라도 주제어기에서 입력되는 전원가 온도센서가 감지하는 온도값을 이용하여 스테이터에 자속이 일정하게 안정적으로 유지될 수 있는 전원을 여자전류를 스테이터에 공급함으로써, 종국적으로 동기발전기가 안정적인 운전을 통해 안정적인 전원을 생성하도록 한다.
In addition, a separate DC power supply is used to control the excitation current supplied to the stator of the exciter, and the main controller analyzes the strength and waveform of the generated thrust voltage of the generator and supplies the power optimized by the power supply. Even though the temperature of the exciter stator is increased through the temperature sensor, the power input from the main controller uses the temperature value detected by the temperature sensor to supply the stator with a power supply that enables the magnetic flux to be stably maintained in the stator. Eventually, the synchronous generator generates stable power through stable operation.

도 1 은 종래기술에 따른 동기발전기의 회로 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 동기발전기의 회전자 전류 제어회로의 구성도.
도 3 는 본 발명에 따른 부제어기의 회로도.
도 4 는 본 발명에 따른 주제어기의 회로도. 1 is a circuit diagram of a synchronous generator according to the prior art.
2 is a block diagram of a rotor current control circuit of a synchronous generator according to the present invention.
3 is a circuit diagram of a sub-controller according to the present invention.
4 is a circuit diagram of a master controller according to the present invention;

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동기발전기의 회전자 전류 제어회로에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the rotor current control circuit of the synchronous generator according to the present invention with reference to the drawings will be described in more detail.

도2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 동기발전기의 회전자 전류 제어회로는 주발전기(10), 여자기(20), 부제어기(30), 주제어기(40), 파워서플라이(50)의 대 구성요소를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the rotor current control circuit of the synchronous generator according to the present invention includes a main generator 10, an exciter 20, a sub-controller 30, a main controller 40, and a power supply 50. It consists of components.

참고로, 본 발명은 발전기를 주대상으로 하고 있지만, 발전기와 유사한 구조를 갖는 전동기(예;모터)에도 본 발명에 따른 기술사상이 그대로 적용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 기술사상이 그대로 적용된 전동기도 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
For reference, although the present invention mainly targets a generator, a technical idea according to the present invention may be applied to an electric motor (for example, a motor) having a structure similar to that of a generator. Therefore, the motor to which the technical idea according to the present invention is applied will also be included in the scope of the present invention.

상기 주발전기(10)와 여자기(20)는 각각 발전기의 고정몸체에 장착되는 고정자와 회전몸체에 장착되는 회전자로 이루어지는데, 이들을 구분하기 위해 주발전기(10)는 고정자(11)와 회전자(13), 여자기(20)는 스테이터(21)와 로터(23)로 칭한다. The main generator 10 and the exciter 20 each consists of a stator mounted on the stationary body of the generator and a rotor mounted on the rotating body, in order to distinguish them, the main generator 10 is the stator 11 and the rotor. The former 13 and the exciter 20 are called the stator 21 and the rotor 23.

상기 주발전기(10)와 여자기(20) 자체는 종래기술과 다를 바 없으므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 도면에는 전원이 생성되는 전기자로서 주발전기(10)의 고정자(11)와 여자기(20)의 로터(23)가 삼상 Y결선으로 도시되어 있으나, 삼상 델타결선일 수도 있다.
Since the main generator 10 and the exciter 20 itself are not different from the prior art, a detailed description thereof will be omitted. However, although the stator 11 of the main generator 10 and the rotor 23 of the exciter 20 are illustrated as a three-phase Y connection in the drawing, an armature for generating power may be a three-phase delta connection.

상기 부제어기(30)는 상기 여자기(20)의 로터(23)에서 생성 출력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 여자전류를 상기 주발전기(10)의 회전자(13)에 공급하고, 주발전기(10) 고정자(11)의 생성 전압이 설정한 크기로 일정하게 유지되어 출력되도록 주발전기(10)의 회전자(13)에 공급하는 여자전류를 제어한다. The sub-controller 30 supplies the excitation current obtained by converting the AC power generated by the rotor 23 of the exciter 20 to DC power to the rotor 13 of the main generator 10, The excitation current supplied to the rotor 13 of the main generator 10 is controlled so that the generated voltage of the generator 10 stator 11 is kept constant and output at a set size.

상기 부제어기(30)는 전류센서(S1)를 통해 주발전기의 회전자에 공급되는 전류를 입력받고, 주제어기(40)로부터 고정자에서 생성 출력되는 전압을 입력받는 자가진단 기능을 가져 자체적으로 주발전기의 회전자에 안정적인 여자전류가 인가되도록 하고 고정자에 안정적인 전압이 생성 출력되도록 한다.
The sub-controller 30 has a self-diagnostic function that receives the current supplied to the rotor of the main generator through the current sensor (S1), and receives the voltage generated by the stator from the main controller 40, the self-diagnostic function A stable exciting current is applied to the rotor of the generator, and a stable voltage is generated and output to the stator.

상기 부제어기(30)는 도2에서 보는 바와 같이The sub-controller 30 is as shown in FIG.

상기 여자기(20)의 로터(23)에서 생성 출력되는 교류 전원을 정류하여 직류전원으로 변환하는 정류부(31)와, A rectifier 31 for rectifying and converting AC power generated by the rotor 23 of the exciter 20 into DC power;

상기 정류부(31)에서 출력되는 전원을 스위칭하여 주발전기(10) 회전자(13)에 공급되는 여자전류를 제어하여 고정자(11)에서 생성 출력되는 전압을 제어하는 스위칭소자(Q)와, Switching element (Q) for controlling the voltage generated by the stator 11 by controlling the excitation current supplied to the rotor 13 of the main generator 10 by switching the power output from the rectifier 31;

상기 스위칭소자(Q)의 스위칭을 제어하는 PWM모듈(33)과, PWM module 33 for controlling the switching of the switching element (Q),

상기 스위칭소자(Q)에서 스위칭되어 상기 회전자(13)로 공급되는 여자전류를 감지하여 상기 PWM모듈(33)로 전송하는 전류센서(S1)와, A current sensor S1 switched by the switching element Q to sense an excitation current supplied to the rotor 13 and transmitting the excitation current to the PWM module 33;

상기 주제어기(40)와 적외선 통신하여 주제어기(40)로부터 전송되는 전류지령치 신호를 상기 PWM모듈(33)로 전송하는 통신부(D13)와, Communication unit (D13) for transmitting the current command value signal transmitted from the main controller 40 to the PWM module 33 by infrared communication with the main controller 40,

상기 여자기(20)의 로터(23)에 자속결합되어 유기되는 전원을 상기 PWM모듈(33)에 구동전원으로 공급하는 보조코일(C)을 포함하여 이루어진다. It comprises an auxiliary coil (C) for supplying a magnetic flux coupled to the rotor 23 of the exciter 20 to the PWM module 33 as a driving power.

여기서, 상기 스위칭소자(Q)는 고전압 대전류에 강하고, 스위칭속도가 빠른 IGBT를 사용하였고, 상기 통신부(D13)는 적외선으로 광통신하는 IR LED를 사용하여 무선으로 주제어기(40)가 부제어기(30)에 제어신호를 전송함으로써 브러쉬 없이 회전자(13)의 여자전류를 제어할 수 있도록 하였다.
Here, the switching element (Q) is resistant to high voltage and high current, and uses a fast switching speed, and the communication unit (D13) uses an IR LED that communicates optically with infrared rays. By transmitting a control signal to the) it is possible to control the excitation current of the rotor 13 without a brush.

상기 주제어기(40)는 상기 주발전기(10)의 고정자(11)에서 생성 출력되는 전압을 검출하고 동기발전기의 설정 출력전압(즉, 전압지령치)과 비교하여, 검출된 전압과 설정된 전압과의 차이에 따른 전류지령치 신호를 생성하여 상기 부제어기(30)로 전송하고, 검출된 검압에 따라 상기 파워서플라이(50)를 제어하여 파워서플라이(50)가 여자기(20)의 스테이터(21)에 공급하는 여자전류도 제어한다. The main controller 40 detects the voltage generated by the stator 11 of the main generator 10 and compares it with the set output voltage (ie, the voltage command value) of the synchronous generator, and compares the detected voltage with the set voltage. Generates a current command value signal according to the difference and transmits it to the sub-controller 30, and controls the power supply 50 in accordance with the detected pressure to the power supply 50 to the stator 21 of the exciter 20 Also controls the excitation current to be supplied.

상기 주제어기(40)는 도2에서 보는 바와 같이, 상기 주발전기(10)의 고정자(11)에서 생성 출력되는 전원을 구동전원으로 이용하고, 동기발전기 여러 대를 병렬 연결시 발생되는 무효전류를 최소화하기 위해 고정자(11)에 연결되어 무효전류를 검출하는 무효전류검출부(41)와 다른 동기발전기의 주제어기(40)와 동기화를 위한 신호를 송수신하는 시그널단자(42)를 갖는다.
As shown in FIG. 2, the main controller 40 uses power generated by the stator 11 of the main generator 10 as a driving power source, and generates reactive current generated when a plurality of synchronous generators are connected in parallel. In order to minimize, it has a reactive current detector 41 connected to the stator 11 and a signal terminal 42 for transmitting and receiving signals for synchronization with the main controller 40 of another synchronous generator.

상기 파워서플라이(50)는 상기 여자기(20)의 스테이터(21)에 여자전류를 공급하여 스테이터(21)를 여자시킨다. The power supply 50 supplies an exciting current to the stator 21 of the exciter 20 to excite the stator 21.

상기 파워서플라이(50)는 상기 주제어기(40)로부터 구동전원을 공급받고, 주제어기(40)의 제어에 의해 상기 여자기(20)의 스테이터(21)로 공급하는 여자전류를 조절한다. The power supply 50 receives the driving power from the main controller 40 and adjusts the excitation current supplied to the stator 21 of the exciter 20 by the control of the main controller 40.

그리고 상기 파워서플라이(50)는 상기 여자기(20) 스테이터(21)의 발열을 감지하는 온도센서(S2)로부터 전송되는 온도 신호에 따라 상기 여자기(20)의 스테이터(21)로 공급하는 여자전류를 조절하여, 스테이터(21)의 과열에 의해 공급되는 여자전류가 드롭되지 않도록 한다.
The power supply 50 supplies an excitation to the stator 21 of the exciter 20 in accordance with a temperature signal transmitted from the temperature sensor S2 for detecting heat generation of the stator 21 of the exciter 20. By adjusting the current, the exciting current supplied by the overheating of the stator 21 is not dropped.

이하에서는 도3을 참조하여 상기 부제어기(30)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 참고로, 도3에 도시된 부제어기의 회로도는 도2에 도시된 PWM모듈(33)에 해당한다. Hereinafter, the sub-controller 30 will be described in more detail with reference to FIG. 3. For reference, a circuit diagram of the sub controller shown in FIG. 3 corresponds to the PWM module 33 shown in FIG.

도3에서 보는 바와 같이, 상기 부제어기(30)는 CPU(U1), 정전압부(34), 수신부(35), 지령치구동부(36), 필터부(37), 센서구동부(38)를 포함한다.
As shown in FIG. 3, the sub controller 30 includes a CPU U1, a constant voltage unit 34, a receiver 35, a command value driver 36, a filter 37, and a sensor driver 38. .

상기 CPU(U1)는 부제어기(30)를 전체적으로 제어하는 IC칩으로서, CPU(U1)의 기능과 역할에 대하여는 이하에서 다른 구성요소를 설명하면서 함께 설명한다.
The CPU U1 is an IC chip that controls the sub-controller 30 as a whole. The function and role of the CPU U1 will be described together with the description of other components below.

상기 정전압부(34)는 상기 여자기(20)의 로터(23)에 자속결합된 보조코일(C)에 유기되는 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 부제어기(30)의 구동에 필요한 전원을 공급한다. The constant voltage unit 34 converts AC power induced in the auxiliary coil C magnetically coupled to the rotor 23 of the exciter 20 into DC power to supply power required for driving the sub-controller 30. do.

상기 정전압부(34)는 상기 보조코일(C)에 유기되는 전원을 전파정류하는 브릿지다이오드(D9, D10, D11, D12)와, 상기 브릿지다이오드(D9, D10, D11, D12)에서 정류된 전원을 평활하여 정전압화하는 캐패시터(C15, C16)와 저항(R31, R22)을 포함하는 제1정전압부(34a)와, 저항(R27, R28, R29, R30)과 캐패시터(C9)로 구성되어 상기 제1정전압부(34a)의 출력전원을 강압하여 재차 정전압화하는 제2정전압부(34b)를 포함한다. The constant voltage unit 34 is a bridge diode (D9, D10, D11, D12) for full-wave rectifying the power induced in the auxiliary coil (C) and the power rectified by the bridge diode (D9, D10, D11, D12) A first constant voltage section 34a including capacitors C15 and C16 and resistors R31 and R22 to smooth and constant the voltage, and resistors R27, R28, R29 and R30 and capacitors C9. And a second constant voltage unit 34b for stepping down the output power of the first constant voltage unit 34a and re-sizing it again.

상기 제1정전압부(34a)의 출력전압(예; 직류 15V)은 상기 지령치구동부(36)의 구동전원으로 공급되고, 상기 제2정전압부(34b)의 출력전압(예; 직류 5V)은 상기 CPU(U1) 등의 구동전원으로 공급된다. The output voltage of the first constant voltage unit 34a (eg, DC 15V) is supplied to the driving power of the command value driver 36, and the output voltage of the second constant voltage unit 34b (eg, DC 5V) is It is supplied to driving power sources such as the CPU U1.

그리고 상기 제1정전압부(34a)의 출력 전압과 전류는 각각 저항(R19, R20)과 캐패시터(C8)로 구성되는 전압감지부(32a)와, 저항(R17, R26, R12, R24, R25)과 트랜지스터(Q3)로 구성되는 전류감지부(32b)에 의해 감지되어 상기 CPU(U1)로 전송됨으로써 CPU(U1)에 의해 체크된다. 이때, 상기 전류감지부(32b)에 의해 감지되는 전류는 상기 여자기(20)의 스테이터(21)에서 생성되는 전류에 대한 것으로서, 전류감지부(32b)에서 감지된 전류가 기준치를 넘는 과전류일 때에는 상기 CPU(U1)는 상기 지령치구동부(36) 및 센서구동부(38)가 구동되지 않도록 함으로써 상기 스위칭소자(Q)를 오프상태를 유지하여 상기 주발전기(10)의 회전자(13)에 여자전류가 공급되지 않도록 한다.
The output voltage and the current of the first constant voltage unit 34a are respectively the voltage sensing unit 32a including the resistors R19 and R20 and the capacitor C8, and the resistors R17, R26, R12, R24, and R25. And is sensed by the current sensing unit 32b constituted by the transistor Q3 and transmitted to the CPU U1 to be checked by the CPU U1. In this case, the current sensed by the current sensing unit 32b corresponds to the current generated by the stator 21 of the exciter 20, and the current sensed by the current sensing unit 32b is an overcurrent exceeding a reference value. At this time, the CPU U1 maintains the switching element Q in an off state by preventing the command value driver 36 and the sensor driver 38 from being driven, thereby exciting the rotor 13 of the main generator 10. Do not supply current.

상기 수신부(35)는 상기 통신부(D13)인 수신 IR LED에서 전송되는 상기 주제어기(40)의 전류 지령치 신호를 기 설정된 전류 지령치와 비교하여 상기 CPU(U1)로 전송한다. The receiving unit 35 compares the current command value signal of the main controller 40 transmitted from the receiving IR LED of the communication unit D13 with the preset current command value and transmits it to the CPU U1.

상기 수신부(35)는 비반전단자로 IR LED의 전류 지령치 신호를 입력받고, 반전단자로 설정 전류 지령치를 입력받아 비교하여 구형파를 생성하는 비교기(U3A)와, 그 주변회로를 구성하는 저항(R5~R9)과 캐패시터(C7)로 구성된다. 상기 수신부(35)의 비교기(U3A)가 생성하는 구형파는 CPU(U1)로 전송되고, CPU(U1)는 전송받은 구형파에 따른 PWM신호를 생성하여 상기 지령치구동부(36)로 전송한다.
The receiving unit 35 receives a current command value of the IR LED as a non-inverting terminal, compares the setting current command value with a inverting terminal, and compares the comparator U3A to generate a square wave, and a resistor R5 constituting the peripheral circuit. R9) and a capacitor C7. The square wave generated by the comparator U3A of the receiver 35 is transmitted to the CPU U1, and the CPU U1 generates a PWM signal according to the received square wave and transmits the PWM signal to the command value driver 36.

상기 지령치구동부(36)는 포터다이오드와 포터트랜지스터로 구성되는 포토커플러(U5)와, 포토다이오드를 보호하는 저항(R11)과, 포토트랜지스터의 출력신호를 스위칭소자(Q)인 IGBT의 게이트단자로 입력하여 IGBT를 온오프 스위칭시키는 저항(R10)으로 구성된다. The command value driver 36 includes a photocoupler U5 including a port diode and a port transistor, a resistor R11 for protecting the photo diode, and an output signal of the photo transistor as a gate terminal of an IGBT serving as a switching element Q. And a resistor R10 for inputting and switching the IGBT on and off.

이때, 상기 포토다이오드의 캐소드측(Gate en 단자)은 상기 CPU(U1)에 의해 그라운드여부가 제어된다. 즉, 상기 전류감지부(32b)가 감지하는 전류(즉, 상기 여자기(20) 로터(23)가 출력하는 전류)가 기준치 이하인 때에는 캐소드측을 그라운드시켜 상기 CPU가 출력하는 PWM신호가 포토다이오드에 입력되어 구동되도록 하지만, 기준치를 넘어서는 과전류인 때에는 캐소드측을 오픈시켜 PWM신호가 포토다이오드에 입력되지 않도록 하여 지령치구동부(36)가 구동되지 않도록 한다.
At this time, the ground (Gate en terminal) of the photodiode is controlled by the CPU (U1). That is, when the current sensed by the current sensing unit 32b (that is, the current output by the exciter 20 and the rotor 23) is equal to or less than the reference value, the cathode side is grounded to output the PWM signal output by the CPU. In the case of overcurrent exceeding the reference value, the cathode side is opened so that the PWM signal is not input to the photodiode so that the command value driver 36 is not driven.

상기 필터부(37)는 상기 전류센서(S1)에서 감지되는 상기 회전자(13)의 여자전류를 필터링하여 노이즈를 제거 한 후에 상기 CPU(U1)로 전송한다. The filter unit 37 removes noise by filtering the excitation current of the rotor 13 detected by the current sensor S1 and transmits the noise to the CPU U1.

상기 필터부(37)는 저항(R4)과 캐패시터(C6)가 병렬 연결된 RC 로패스필터(LPF)이다. The filter unit 37 is an RC low pass filter LPF in which a resistor R4 and a capacitor C6 are connected in parallel.

상기 CPU(U1)는 상기 필터부(37)에서 감지된 여자전류의 아날로그신호를 디지털신호로 A/D변환한 후에 상기 센서구동부(38)로 전송한다.
The CPU U1 converts the analog signal of the excitation current detected by the filter unit 37 into a digital signal and then transmits the analog signal to the sensor driver 38.

상기 센서구동부(38)는 상기 CPU(U1)가 전송하는 감지된 여자전류의 디지털신호와 기설정된 전류 지령치를 비교하여, 상기 스위칭소자(Q)인 IGBT를 구동시킨다. The sensor driver 38 drives the IGBT, which is the switching element Q, by comparing the digital signal of the detected excitation current transmitted by the CPU U1 with a preset current command value.

상기 센서구동부(38)는 반전단자로 감지된 여자전류의 디지털신호를 입력받고 비반전단자로 전류 지령치의 설정값을 입력받아 비교하는 비교기(U3B)와, 상기 비교기(U3B)의 출력단에 연결되고 상기 CPU(U1)에 의해 제어되어 상기 전류감지부(32b)에서 과전류가 감지되는 때에 상기 비교기(U3B)의 출력신호가 상기 스위칭소자(Q)인 IGBT의 게이트단자에 인가되지 않도록 하는 트랜지스터(Q4)와, 주변회로인 저항과 캐패시터로 구성된다. 상기 트랜지서터(Q4)는 상기 포토커플러(U5)의 포토다이오드와 같이 콜렉터단자(Gate en)의 그라운드여부가 상기 CPU(U1)에 의해 제어되어, 상기 전류감지부(32b)에 과전류가 감지된 때에는 상기 비교기(U3B)의 출력신호가 IGBT에 인가되지 않도록 한다.
The sensor driver 38 is connected to a comparator U3B for receiving a digital signal of an excitation current sensed by an inverting terminal and receiving a set value of a current command value as a non-inverting terminal, and is connected to an output terminal of the comparator U3B. Transistor Q4 controlled by the CPU U1 to prevent the output signal of the comparator U3B from being applied to the gate terminal of the IGBT, which is the switching element Q, when an overcurrent is detected by the current sensing unit 32b. ), And a resistor and a capacitor which are peripheral circuits. Like the photodiode of the photocoupler U5, the transistor Q4 is grounded by the CPU U1 such that the collector terminal (Gate en) is grounded, so that the overcurrent is sensed by the current detector 32b. The output signal of the comparator U3B is not applied to the IGBT.

이하에서는 도4를 참조하여 상기 주제어기(40)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the main controller 40 will be described in more detail with reference to FIG. 4.

상기 주제어기(40)는 도4에서 보는 바와 같이, 제어부(U2), 전압검출부(45), 주파수검출부(46), 레귤레이터(44)를 포함하여 이루어진다.
As shown in FIG. 4, the main controller 40 includes a controller U2, a voltage detector 45, a frequency detector 46, and a regulator 44.

상기 제어부(U2)는 상기 주제어기(40)를 전체적으로 제어하는 IC칩으로서, 제어부(U2)의 기능과 역할은 이하에서 다른 구성요소를 설명하면서 함께 설명한다.
The control unit U2 is an IC chip which controls the main controller 40 as a whole. The function and role of the control unit U2 will be described together with the description of other components below.

상기 전압검출부(45)는 상기 동기발전기의 고정자(11)에서 생성 출력되는 전압의 세기를 검출한다. The voltage detector 45 detects the strength of the voltage generated by the stator 11 of the synchronous generator.

상기 전압검출부(45)는 상기 고정자(11)에서 출력되는 전압을 강압하는 트랜스(T1)와, 상기 트랜스(T1)의 출력 전압을 필터링하여 노이즈를 제거하는 오피앰프(U1A)와, 필터링된 아날로그 전압을 옵셋시켜서 디지털 전압으로 변환하여 제어부(U2)로 전송하는 또 다른 오피앰프(U1B)를 포함하여 이루어진다. The voltage detector 45 includes a transformer T1 for stepping down the voltage output from the stator 11, an op amp U1A for filtering noise of the output voltage of the transformer T1, and a filtered analog signal. And another op amp U1B that offsets the voltage, converts it into a digital voltage, and transmits the converted voltage to the control unit U2.

상기 제어부(U2)는 상기 전압검출부(45)가 검출하여 전송하는 고정자(11)의 출력전압을 연산 처리하여 평균값을 추출하고, 추출된 고정자(11)의 출력전압과 기설정된 전압 지령치와 비교하고, 비교결과에 따른 검출 전압과 설정 전압 지령치의 차에 따른 전류 지령치를 생성하여 상기 부제어기(30)의 통신부(D13)인 수신 IR LED에 매칭되어 있는 송신 IR LED(D14;도2참조)를 통해 부제어기(30)로 전송한다.
The control unit U2 calculates and outputs an average value of the output voltage of the stator 11 detected and transmitted by the voltage detector 45, and compares the output voltage of the stator 11 with the preset voltage command value. And generating a current command value according to the difference between the detected voltage and the set voltage command value according to the comparison result, and transmitting the transmit IR LED (D14; see FIG. 2) matched to the received IR LED which is the communication unit D13 of the sub-controller 30. Transmission to the sub-controller 30 through.

상기 주파수검출부(46)는 상기 주발전기(10)의 고정자(11)에서 출력되는 전압의 주파수를 검출한다. The frequency detector 46 detects the frequency of the voltage output from the stator 11 of the main generator 10.

상기 주파수검출부(46)는 비교기(U1D)와 그 주변소자들로 구성된다. 상기 주발전기(10)의 고정자(11)에서 출력되는 교류 전압은 상기 비교기(U1D)를 통과하여 구형파로 변환되어 상기 제어부(U2)로 입력된다. The frequency detector 46 includes a comparator U1D and peripheral devices thereof. The alternating voltage output from the stator 11 of the main generator 10 passes through the comparator U1D and is converted into a square wave and input to the controller U2.

상기 제어부(U2)는 상기 비교기(U1D)에 입력되는 구형파의 상승 에지마다 외부인터럽트를 발생시키고 카운트하여 주파수를 검출하고, 검출된 주파수가 기준치를 벗어나는 때, 즉, 회전자(13)가 허용범위를 벗어나 고속도 또는 저속도를 회전할 때는 상기 파워서플라이(50)를 제어하여 회전자(13)의 회전속도를 조절하거나 회전자(13)의 회전이 멈추도록 하여 보호한다.
The control unit U2 generates an external interrupt at each rising edge of the square wave input to the comparator U1D and counts the frequency to detect the frequency. When the detected frequency is out of the reference value, that is, the rotor 13 is within an allowable range. When rotating the high speed or low speed out of the control by controlling the power supply 50 to adjust the rotation speed of the rotor 13 or to stop the rotation of the rotor 13 to protect.

상기 레귤레이터(44)는 상기 주발전기(10)의 고정자(11)에서 생성 출력되는 교류 전압을 정전압으로 변환하여 상기 제어부(U2)와 전압검출부(45) 등에 구동전원으로 공급한다. The regulator 44 converts the alternating voltage generated by the stator 11 of the main generator 10 into a constant voltage and supplies it to the control unit U2, the voltage detector 45, and the like as a driving power source.

상기 레귤레이터(44)는 상기 고정자(11)의 출력 전압을 강압하는 트랜스(T2)와, 상기 트랜스(T2)의 출력전압을 정전압화하는 SMPS를 포함한다. 상기 레귤레이터는 직류 12V와 5V를 출력한다.
The regulator 44 includes a transformer T2 for stepping down the output voltage of the stator 11 and an SMPS for constant voltageizing the output voltage of the transformer T2. The regulator outputs a direct current 12V and 5V.

도4에서 미설명 도면부호 48는 고정자(11)에서 출력되어 검출되는 전압이 주변환경에 따라 미세하게 오차가 생기는 것을 가변저항(R27) 통해 보정하는 전압지령치 보정회로이고, 도면부호 47는 고정자(11)에서 출력 검출되는 전압에 따른 전류 지령치를 생성함에 있어 미세하게 오차가 생기는 것을 가변저항(R11)을 통해 보정하는 전류지령치 보정회로이다.
In FIG. 4, reference numeral 48 denotes a voltage command value correction circuit for correcting the error that the voltage output from the stator 11 is detected according to the surrounding environment through the variable resistor R27, and reference numeral 47 denotes a stator ( 11 is a current command value correction circuit for correcting a small error in generating a current command value according to the voltage detected by the output through the variable resistor R11.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 회로로 구성되는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
In the above description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the rotor current control circuit of the synchronous generator composed of a specific circuit, but the present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, such variations and modifications It should be interpreted as falling within the protection scope of the present invention.

10 : 주발전기
11 : 고정자 13 : 회전자
20 : 여자기
21 : 스테이터 23 : 로터
30 : 부제어기
31 : 정류부 33 : PWM모듈
34 : 정전압부 35 : 수신부
36 : 지령치구동부 37 : 필터부
38 : 센서구동부 U1 : CPU
40 : 주제어기
41 : 무효전류검출부 44 : 레귤레이터
45 : 전압검출부 46 : 주파수검출부
47 : 지령치 보정부 U2 : 제어부
50 : DC 파워서플라이10: main generator
11: stator 13: rotor
20: woman
21: Stator 23: Rotor
30: sub-controller
31: rectifier 33: PWM module
34: constant voltage unit 35: receiving unit
36: command value driving unit 37: filter unit
38: sensor drive unit U1: CPU
40: master controller
41: reactive current detector 44: regulator
45: voltage detector 46: frequency detector
47: command value correction unit U2: control unit
50: DC power supply

Claims (4)

고정자와 회전자를 갖는 주발전기;
스테이터와 로터를 갖는 여자기;
상기 여자기에서 생성 출력되는 전원을 직류화하여 상기 주발전기의 회전자에 여자전류를 공급하는 부제어기;
상기 주발전기의 고정자에서 생성 출력되는 전압을 검출하고, 상기 부제어기와 통신하여 제어하는 주제어기;를 포함하여 이루어지되,

상기 부제어기는
상기 여자기의 로터에서 생성 출력되는 전원을 정류하는 정류부와,
상기 정류부에서 출력되는 전원을 스위칭하는 스위칭소자와,
상기 스위칭소자의 스위칭을 제어하는 PWM모듈과,
상기 주발전기의 회전자에 공급되는 여자전류를 감지하여 상기 PWM모듈로 전송하는 전류센서와,
상기 주제어기와 적외선통신으로 신호를 상기 PWM모듈로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로.A main generator having a stator and a rotor;
An exciter having a stator and a rotor;
A sub-controller supplying an excitation current to the rotor of the main generator by directing the power generated by the exciter;
The main controller detects the voltage generated by the stator of the main generator and outputs it, and communicates with the sub-controller to control the main controller.

The sub-controller
Rectifier for rectifying the power generated by the output of the excitation rotor,
A switching device for switching the power output from the rectifier;
PWM module for controlling the switching of the switching device,
A current sensor which senses an excitation current supplied to the rotor of the main generator and transmits it to the PWM module;
And a communication unit for transmitting a signal to the PWM module through the main controller and the infrared communication. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 부제어기는 상기 여자기의 로터에 자속결합되어, 로터의 생성 출력 전원을 감지하고, 부제어기의 구동에 필요한 전원을 공급하는 보조코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로.The method of claim 1,
The sub-controller is magnetically coupled to the rotor of the exciter, the rotor current control of the synchronous generator, characterized in that it further comprises an auxiliary coil for sensing the generated output power of the rotor, and supplies the power required for driving the sub-controller. Circuit. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 주제어기는
상기 주발전기의 고정자에서 생성 출력되는 전압을 검출하는 전압검출부와,
상기 주발전기의 고장자에서 생성 출력되는 전원의 주파수를 검출하는 주파수검출부와,
상기 주발전기의 고장자에서 생성 출력되는 전원에서 무효전류를 검출하는 무효전류검출부와,
상기 전압검출부, 주파수검출부 및 무효전류검출부로부터 전송되는 데이터로부터 연산한 전류 지령치를 상기 부제어기로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기발전기의 회전자 전류 제어회로.The method according to claim 1 or 3,
The main controller
A voltage detector detecting a voltage generated by the stator of the main generator;
A frequency detector for detecting a frequency of the power generated by the fault generator of the main generator;
A reactive current detector for detecting a reactive current from a power source generated and output from a fault of the main generator;
And a control unit for transmitting the current command value calculated from the data transmitted from the voltage detector, the frequency detector, and the reactive current detector to the sub-controller.
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